ДРЕНАЖ (а. drainage; н. Dranage, Dranung; ф. drainage, assechement; и. drenaje, avenamiento) — способ осушения территорий месторождений полезных ископаемых, массивов горных пород путём сбора и отвода подземных гравитационных вод в естественные понижения (реки, озёра и т.п.) или искусственные сооружения (каналы, горные выработки и др.).
В горном деле дренаж применяется для защиты шахт и карьеров от подземных вод путём перехвата их при помощи дренажных устройств в период строительства и эксплуатации горных предприятий. Дренажные устройства разделяются на поверхностные, подземные и комбинированные. К поверхностным относятся вертикальные водопонижающие и водопоглощающие скважины, горизонтальные дренажные скважины, иглофильтровые установки и опережающие поверхностные траншеи, к подземным — дренажные штреки, сквозные фильтры, восстающие скважины, водопонижающие колодцы, а также опережающие выработки (горизонтальные и наклонные скважины).
мбинированные дренажные устройства включают комплекс поверхностных и подземных выработок. Дренажные устройства по схеме расположения в плане разделяются на кустовые, линейные, контурные, сетчатые, а в разрезе — на одногоризонтные и многогоризонтные, коллекторные и бесколлекторные (рис.); по срокам сооружения — на опережающие, параллельные и совмещённые; по срокам службы — на стабильные и скользящие (вслед за подвиганием забоя).
Водопонижающие скважины (диаметром 200-800 мм) проходят для снижения уровня (напора) в водоносных горизонтах, залегающих на глубине 25- 500 м, мощностью свыше 10 м, с коэффициент фильтрации более 1 м/сутки и их бурят до подошвы горизонта, при пересечении горизонта устанавливают фильтры или перфорированнные трубы (в трещиноватых породах). После прокачки и очистки (обычно эрлифтом) скважина оборудуется погружным насосом. Водопоглощающие скважины сооружают для перепуска воды из верхних горизонтов с низкими фильтрационными свойствами в нижние с более высокими фильтрационными свойствами, когда величина напора воды в нижнем горизонте ниже уровня залегания толщи разрабатываемых полезных ископаемых. Разность уровней в дренируемом и поглощающем горизонтах поддерживается обычно водопонижающими скважинами. По конструкции водопоглощающие скважины аналогичны водопонижающим.
Горизонтальные дренажные скважины (диаметр 50-300 мм) сооружают для самотёчного осушения уступов карьеров в песчаных породах.
длина достигает 50-100 м. Иглофильтровые установки применяют для временного и локального понижения уровня подземных вод в песчаных и песчано-глинистых породах с коэффициентом фильтрации 0,2-0,3 м/сутки. Передвижные и лёгкие иглофильтровые установки позволяют снизить уровень воды до 7-8 м, а эжекторные — до 24 м. Опережающие траншеи сооружаются для снижения уровня воды в маломощных (до 10 м) и не глубоко (до 15 м) залегающих водоносных горизонтах при помощи специальных траншейных экскаваторов. Откачка воды из траншей производится центробежными насосами низкого давления. Дренажные штреки предназначены для дренажа полезных ископаемых и водоносных горизонтов, расположенных вблизи кровли и почвы полезных ископаемых дренаж осуществляется через стенки выработок, естественные трещины и тектонические нарушения, а при наличии водоупорных пород (мощностью более 2-3 м) в кровле и почве полезных ископаемых — с помощью дренажных скважин.
Дренажные штреки сооружаются на карьерах со сложными гидрогеологическими условиями; на шахтах обычно роль дренажных штреков выполняют подготовительные выработки. Сквозные фильтры — скважины диаметром 100-500 мм, пробуренные с земной поверхности до кровли подземной выработки (или дренажного штрека), обсаженные трубами, оборудованные фильтрами в интервале водоносных пород; предназначены для дренажа водоносных горизонтов мощностью более 15 м, залегающих над полезными ископаемыми на расстоянии свыше 30 м. Восстающие скважины (диаметром 50-125 мм) проходят из подземных горных выработок и оборудуют фильтрами в интервале водоносных горизонтов. Их применяют для дренажа водоносных горизонтов, залегающих на расстоянии 2-30 м от кровли выработок.
Водопонижающие колодцы — вертикальные горные выработки, служащие для снижения напора в водоносных горизонтах, залегающих ниже подошвы выработок, закладывают на пониженных участках почвы выработок. Откачка воды из них осуществляется центробежными насосами. Опережающие скважины (диаметром 70-200 мм) проводят из подземных выработок в направлении обводнённых участков, содержащих напорные воды, с целью предупреждения внезапных прорывов воды в подготовительные и очистные выработки, а также предварительного дренажа обводнённых пород, залегающих впереди фронта горных работ. Для повышения эффективности работы дренажных устройств и увеличения темпов осушения месторождений полезных ископаемых разработаны различные способы интенсификации дренажа. В скальных породах для интенсификации работы дренажных устройств применяют гидравлический разрыв пласта, Торпедирование скважин и их прострел, проходят многозабойные скважины; в карбонатных породах используют также кислотную обработку скважин.
Многозабойные скважины (наклонные или горизонтальные) сооружаются из основного вертикального ствола диаметром 600-700 мм, благодаря чему увеличивается водозахватная поверхность скважины.
песчаных породах увеличение дебита скважины осуществляется с помощью физических методов — вакуумирования скважин, нагнетания воздуха в водоносный горизонт, электроосмоса, а также методов, основанных на увеличении водозахватной поверхности скважины — путём проходки скважины большого диаметра, принудительного размыва песка водой и заполнения образовавшихся полостей гравием, создания суффозионных дренажных каверн, проходки лучевых скважин. Нагнетание сжатого воздуха применяется для интенсификации дренажа напорных водоносных горизонтов однородного строения, имеющих коэффициент фильтрации 0,5-10,0 м/сутки и перекрытых выдержанными слоями водоупорных пород. Физические методы интенсификации используют обычно на небольших участках и главным образом для снижения остаточных уровней подземных вод. Электроосмотический способ увеличивает дебит скважины за счёт движения воды к металлическому фильтру скважины при создании постоянного электрического поля в обводнённых песках. При этом дренажные скважины являются катодами, а специальные трубы, закладываемые в массив между дренажными скважинами, — анодами. Наибольший эффект этот способ даёт в обводнённых песчанистых глинах, суглинках, супесях и частично в пылеватых песках с коэффициентом фильтрации от 0,000001 до 0,5 м/сутки. Методы, основанные на увеличении водозахватной способности скважины, в отличие от физических методов, могут широко применяться для увеличения эффективности дренажных устройств на больших участках шахтных и карьерных полей.
Проходка скважины большого диаметра (до 500-700 мм) осуществляется по водонасыщенным пескам с расчётом обеспечения не менее чем 100 мм слоя зафильтровой обсыпки. Для интенсификации осушения мелкозернистых песков (глубина до 70 м) водоносный горизонт проходят с обсадными трубами и скважинами, в которые опускают колонну труб с проволочным фильтром меньшего диаметра. Затем обсадные трубы постепенно поднимают и образовавшуюся полость через межтрубное пространство засыпают разнозернистым гравием. Такие скважины имеют большой срок службы, а дебит их в 2-7 раз превышает дебит скважин с сетчатыми фильтрами. Образование суффозионных дренажных каверн производится за счёт разрушения и выноса песка из вскрытых водоносных горизонтов подземным потоком, а управление процессом развития суффозии — за счёт извлечения сетчатого щелевого или дырчатого фильтра и контроля за выносом песка в подземную выработку. Этот метод применяется в песках с коэффициентом фильтрации 0,3-10 м/сутки. При объёме каверн 0,6 м дебит скважины увеличивается более чем в 4 раза. Проходка лучевых скважин диаметром до 80 мм и длиной до 50 м производится из вертикальных скважинах диаметром 500-800 мм у подошвы обводнённых песков, что увеличивает дебит дренажных скважин в 5-10 раз. Применяются также методы декольматации фильтров (гидравлический удар и др.), осуществляемые при помощи различных устройств.
Дренажные системы по сравнению с барражом не исключают попадания (проскока) подземных вод через заградительный контур в горные выработки; величина проскока воды, например, на некоторых шахтах и карьерах достигает 40-50% динамического потока.
едние затраты на дренаж водоносных пород в карьерах, расположенных в сложных гидрогеологических условиях, составляют 15-20% от общих вложений в их строительство и эксплуатацию. Длительный дренаж водоносных горизонтов приводит к нарушению гидравлических и гидрохимических режимов подземных и поверхностных вод в районах эксплуатации месторождений (снижение уровня подземных вод в радиусе нескольких десятков километров и появление депрессионных воронок, истощение водных ресурсов, загрязнение поверхностных водотоков и водоёмов шахтными и карьерными водами), к изменению природного ландшафта на огромной территории и т.д. Эффективность дренажа на шахтах и в карьерах устанавливается соответствующими гидрогеологическими расчётами, окончательный выбор способа производится на основе технико-экономического сравнения нескольких вариантов.
Для осушения торфяных месторождений применяется трубчатый и беструбчатый (щелевой) дренаж в сочетании с открытой сетью осушительных каналов. Трубчатый дренаж осуществляют при влажности торфяной залежи не более 91,5% узкотраншейным способом на глубине 1,5-2,5 м. Длина отдельной трубчатой дрены 125-250 м, диаметр 40-110 мм. Вода сбрасывается в открытые коллекторные (валовые) каналы. Беструбчатый (щелевой) дренаж применяется при влажности торфяной залежи до 90% и пнистости дренируемого слоя до 3%.
енаж закладывается с постоянной глубиной (до 1 м) и уклоном 0,02-0,03. Для беструбчатого дренажа сооружается узкая (до 150 мм) прямоугольная щель, которая закрывается сверху на 0,2-0,3 м. Сброс воды производится в открытые регулирующие (картовые) каналы. Расстояния между дренами при применении дренажа 5х10 м. Сопряжение в плане отдельных дрен с отводящими воду каналами (коллекторными, валовыми, картовыми) проводится под прямым углом. Трубчатый и беструбчатый дренаж на разрабатываемых торфяных месторождениях периодически перезакладывается, срок действия трубчатого дренажа до 5 лет, беструбчатого — 2 года. Дренаж торфяных месторождений обеспечивает равномерное понижение уровней грунтовых вод, снижает капиллярное подпитывание разрабатываемого слоя и способствует уменьшению длительности перерывов в добыче торфа после выпадения дождя.
Источник: www.mining-enc.ru
Методы восстановления проницаемости призабойной зоны
Воздействия на призабойную зону пласта в процессе освоения.
По механизму и характеру воздействия на пласт существующие методы можно разделить на две группы методов, способствующих:
а) восстановлению естественной проницаемости призабойной зоны;
б) увеличению проницаемости призабойной зоны. Рассмотрим технологию проведения методов, их эффективность и применимость в конкретных условиях.
Дренирование осуществляют путем отбора из пласта большого количества жидкости при высокой депрессии. Это обеспечивает высокую скорость движения жидкости к забою скважины, благодаря чему из фильтрационных каналов выносится закупоривающий материал, который попал в пласт при вскрытии бурением, цементировании обсадной колонны или освоении скважины.
При дренировании вследствие радиального движения жидкости по мере удаления от забоя скважины скорость фильтрации уменьшается, это ограничивает глубину очистки призабойной зоны от закупоривающего материала.
Для глубокой очистки предлагается повышать депрессию на пласт за счет снижения забойного давления. Но, как показали промысловые исследования, повышение депрессии не всегда обеспечивает увеличение притока жидкости из пласта . Дело в том, что при большой депрессии увеличивается разность между вертикальным горным давлением и давлением в призабойной зоне, что способствует некоторому сжатию пласта, сужению фильтрационных каналов и затруднению притока жидкости. В этом отношении особенно чувствительны трещиноватые пласты. Специальные исследования Ю. В. Вадецкого и Б. И. Окуня показывают, что наибольшая деформация трещиноватого коллектора при значительных депрессиях происходит в основном в призабойной воне. В некоторых случаях это явление приводит к полному смыканию фильтрационных каналов у стенки скважины и прекращению притока жидкости. Поэтому величину депрессии при дренировании нужно выбирать, исходя из конкретных условий, на основе предварительных промысловых исследований.
Если скважиной вскрыто несколько пластов или пропластков с различной проницаемостью, то при их совместном дренировании очищаются и осваиваются, как правило, только высокопроницаемые интервалы. Для освоения малопроницаемых пропластков необходимо применять поинтервальные методы воздействия на призабойную зону.
Сказанное выше позволяет сделать вывод, что дренирование можно успешно применять для освоения высокопроницаемых однородных пластов, в призабойную зону которых попали закупоривающие вещества на небольшую глубину.
Если при создании депрессий не удается вызвать приток и осуществить дренирование пласта, то в таких случаях необходимо применять методы обработки призабойной зоны — кислотную обработку, гидравлический разрыв пласта и т. д.
Источник: studopedia.su
Изобретение относится к нефтедобывающей отрасли, в частности к способам дренирования жидкости со скважин, и может быть использовано для дренирования жидкости со скважин при подземном способе добычи нефти.
Заявляемый способ используется для эксплуатации непосредственно на устьях скважин и автоматизирует процесс спуска жидкости из скважин без выделения вредных паров и газов в атмосферу, где могут находиться люди. Заявляемый способ устраняет выход пара и попутных газов в рудничную атмосферу при эксплуатации подземных скважин. Основная цель технического решения – автоматизация процесса эксплуатации скважин без присутствия людей, без выхода пара и газов из скважины, что позволяет повысить безопасность при данной технологической операции.
В настоящее время дренирование скважин производится с той частотой, которую позволяют технические и технологические возможности при данной операции. Однако при использовании заявляемого способа такое понятие как частота дренирования уйдет за ненадобностью, т.к. этот процесс будет автоматическим и непрерывным без участия людей на всем участке времени работы скважин.
При существующем уровне техники дренирование жидкости со скважин при подземном способе добычи нефти наиболее часто проводят двумя способами: используют клапан поплавковый с компенсатором верхнего расположения с вертикальным поплавком и клапан поплавковый рычажный с горизонтальным поплавком.
Известен способ с использованием клапана поплавкового с компенсатором верхнего расположения с вертикальным поплавком (фиг. 11), который оснащен компенсатором верхнего расположения 37 без плавной регулировки жидкости, и содержит корпус 37, клапан 35, направляющие 32, поршневой компенсатор 29, 30, 37 и шток 36. При известном способе подача жидкости происходит через втулку 31, дренаж через клапан 35. Недостатком известного способа является низкая эксплуатационная надежность из-за попадания абразива на рабочую поверхность втулки 37, что приводит к заклиниванию поршня 30. Также значительным недостатком является то, что известный способ не обеспечивает плавную регулировку выхода жидкости, вследствие чего происходит утечка пара и попутных газов вместе с жидкостью, что повышает пожароопасность, что особенно важно при подземном способе добычи нефти.
Известен способ с использованием клапана поплавкового рычажного с горизонтальным поплавком (фиг. 12), состоящего из корпуса 46, поплавка 38, кулисы 39, двух разнонаправленных клапанов 40, 41, при котором вход жидкости происходит через присоединительный фланец 45, выход через разнонаправленные клапаны 40, 41. Поплавок одним концом закреплен на кулисе 39. Работой клапанов 40, 41 управляют два штока 42, 43, под действием движения кулисы 39, которая со степенью свободы закреплена на опоре 44. Уровень жидкости контролирует саморегулирующийся элемент управления поплавок 38, закрепленный одним концом на кулисе 39. Недостатками известного способа является быстрое засорение песком (запескованность) большой части корпуса, что уменьшает рабочий ход поплавка 38, вследствие чего клапаны 40, 41 не закрываются полностью, и происходит утечка пара и попутных газов. Также недостатком являются большие габаритные размеры устройства, обеспечивающего известный способ, что усложняет его монтаж и ограничивает возможности применения.
Основными недостатками известных способов дренирования является то, что они не обеспечивают плавную регулировку выхода жидкости, что приводит к утечке паров и попутных газов, повышающих пожароопасность, а также необходимость ручного управления процессом дренирования.
Недостатки известных способов устраняет заявляемое техническое решение.
Цель заявляемого способа – повысить надежность и безопасность дренирования жидкости со скважин при подземной добыче нефти за счет устранения утечки паров и попутных газов при работе устройства, путем плавной регулировки выхода жидкости.
Техническая задача – обеспечить плавную регулировку выхода жидкости при дренировании, что устранит утечку пара и попутных газов вместе с жидкостью, и позволит автоматизировать процесс, сделав его непрерывным.
Указанная техническая задача решается за счет способа дренирования, включающего подачу жидкости через верхний отвод (отверстие в крышке верхней камеры) на рассекатель, фильтрующий крупные механические примеси, поступление жидкости в верхнюю камеру с поплавком, затем через отверстия дроссельной перегородки в нижнюю камеру, прохождение в клапанный узел; где под действием высокого уровня жидкости в верхней камере происходит движение поплавка вверх и при помощи штока открытие вначале малого клапана, затем при необходимости увеличения пропускной способности открытие большого клапана, перемещение при этом малого клапана с одной степенью свободы внутри большого клапана и вместе с ним внутри гильзы по общей вертикальной оси; слив жидкости через втулку сброса, затем под действием понижения уровня жидкости в верхней камере перемещение поплавка вниз и закрытие обоих клапанов. По заявляемому способу процесс дренирования производится без выхода пара и попутных газов в рудничную атмосферу, сливается только нефтесодержащая жидкость и механические примеси с взвесями с диаметром частиц, например, до 8 мм. Подача жидкости может осуществляться с температурой до 150°C через верхний отвод (отверстие в крышке верхней камеры), в верхней камере поплавок регулирует уровень жидкости и предотвращает выход пара и попутных газов через клапанный узел. Дроссельная перегородка между верхней и нижней камерами регулирует поток жидкости и выравнивает давления в верхней и нижней камерах. В нижней камере клапанный узел при помощи двух клапанов (малого и большого) дозирует выход жидкости и поддерживает требуемый уровень жидкости в верхней камере. Частично роль дросселя играет малый клапан для уменьшения усилия, требуемого на открытие слива, а далее совокупность движений двух клапанов регулирует поток жидкости для поддержания в нижней камере уровня жидкости, которая играет роль гидрозатвора. Контроль полного дренирования скважины осуществляют через боковой отвод верхней камеры, оснащенный вентилем. Таким образом, достигается плавная регулировка выхода жидкости, которая, делая процесс непрерывным и саморегулирующимся, автоматизирует слив жидкости со скважин, и может использоваться в подземных условиях при повышенных температурах.
Заявляемый способ заключается в том, что жидкость подают через верхний отвод устройства на рассекатель, фильтрующий крупные механические примеси, затем после прохождения через верхнюю камеру, где находится поплавок, через дроссельную перегородку подают в нижнюю камеру, где под действием высокого уровня жидкости в верхней камере поплавок поднимается вверх (верхнее положение) и при помощи штока открывает вначале малый клапан, затем если его пропускной способности не хватает, то открывает большой клапан, при этом малый клапан передвигается внутри большого клапана и вместе с ним по общей вертикальной оси. Далее жидкость через втулку сброса попадает в приемные емкости. Далее под действием понижения уровня в верхней камере поплавок опускается и закрывает клапаны (нижнее положение). При работе клапанного узла жидкость выходит через продольные сквозные отверстия в стенках малого клапана, ориентированные вдоль вертикальной оси. Жидкость из верхней камеры через отверстия в дроссельной перегородке поступает к клапанному узлу через продольные сквозные отверстия в стенках гильзы, ориентированные вдоль плоскости, перпендикулярной вертикальной оси. Через клапанный узел (совокупность двух клапанов с возможностью передвижения малого клапана внутри большого с одной степенью свободы вдоль общей вертикальной оси) нижней камеры сливают основной объем жидкости, который таким образом выступает в роли дросселирующего узла. Частично роль дросселя играет малый клапан для уменьшения усилия требуемого на открытие слива, а далее совокупность движений двух клапанов регулирует поток жидкости для поддержания в нижней камере уровня жидкости, которая играет роль гидрозатвора. Таким образом, за счет подачи жидкости через две разделенных дроссельной перегородкой рабочих зоны, при помощи двух клапанов малого и большого, передвигающихся малый клапан внутри большого и оба они внутри гильзы по общей вертикальной оси в широком диапазоне за счет дросселирующего клапана получаем в результате плавную регулировку выхода жидкости из клапанной коробки, что обеспечивает автоматическое непрерывное дренирование. Заявляемый способ дренирования позволяет сделать непрерывным процесс слива жидкостей, с содержанием мелкодисперсных механических примесей до 5%, с повышением безопасности и предотвращением выхода в атмосферу их газообразных фаз и попутных газов.
Технический результат – повышение безопасности процесса дренирования за счет плавной регулировки выхода жидкости и обеспечения непрерывности процесса.
Технический результат достигается способом дренирования, включающим использование саморегулирующегося элемента управления поплавка, отличающимся использованием устройства дренажного двухкамерного, при котором жидкость подают через верхний отвод устройства на рассекатель верхней камеры, затем после прохождения через верхнюю камеру, где располагают поплавок, через дроссельную перегородку с отверстиями подают в нижнюю камеру, где располагают клапанный узел; под действием высокого уровня жидкости в верхней камере поплавок поднимается вверх и при помощи штока открывает вначале малый клапан, затем при необходимости увеличения пропускной способности открывает большой клапан, при этом малый клапан передвигается с одной степенью свободы внутри большого клапана и вместе с ним по общей вертикальной оси; далее жидкость выходит через втулку сброса, затем под действием понижения уровня жидкости в верхней камере поплавок опускается и закрывает оба клапана. При работе клапанного узла жидкость выходит через продольные сквозные отверстия в стенках малого клапана, ориентированные вдоль вертикальной оси. Жидкость из верхней камеры через отверстия в дроссельной перегородке поступает к клапанному узлу через продольные сквозные отверстия в стенках гильзы, ориентированные вдоль плоскости, перпендикулярной вертикальной оси.
Способ осуществляется при помощи устройства дренажного, в котором разделяют рабочую зону на две камеры и в зависимости от уровня жидкости в верхней камере поплавок при помощи штока открывает и закрывает малый и большой клапаны клапанного узла нижней камеры, что обеспечивает плавную регулировку выхода жидкости через втулку сброса. Устройство состоит из двух камер цилиндрической формы разного диаметра, разделенных между собой дроссельной перегородкой с несколькими отверстиями. Рабочие камеры смонтированы между собой при помощи фланцевого соединения. Верхняя камера разделена по горизонтали на две части, соединенные между собой фланцами на болтовом соединении. Сверху верхняя камера герметично, например, методом сварки, закрыта крышкой в виде круглой пластины и имеет центральное отверстие с резьбовым соединением (верхний отвод). С внутренней части камеры напротив отверстия приварен рассекатель на четырех опорах. В боковой стенке корпуса верхней камеры ниже уровня рассекателя приварена трубка малого диаметра с резьбой (боковой отвод), на которой может быть установлен шаровой кран. В рабочей зоне верхней камеры установлен саморегулирующийся элемент управления (поплавок), соединенный штоком сквозь дроссельную перегородку через втулку с клапанным узлом. Рабочая зона нижней камеры содержит клапанный узел, расположенный внутри гильзы. Клапанный узел содержит два клапана разного диаметра; малый находится внутри большого с возможностью перемещения вдоль стенок большого клапана по общей вертикальной оси. Нижний малый клапан выполнен в виде полого цилиндра со сквозными продольными прорезями стенок и утолщением вокруг торцевого отверстия – так называемой «юбкой» клапана. Гильза, выполненная в виде полого цилиндра с отверстиями, расположена по центру рабочей зоны нижней камеры. В нижнюю часть гильзы вкручена втулка сброса (дренажа) с запрессованным в него седлом. Втулка сброса с седлом через отверстие нижней крышки герметично смонтирована (например, сваркой) со стенками корпуса нижней камеры и зафиксирована крепежным элементом (гайкой).
Осуществляется дренирование следующим образом. Через верхний отвод жидкость подают на рассекатель, потом через верхнюю камеру, где находится поплавок, через дроссельную перегородку она подается в нижнюю камеру, где при высоком уровне жидкости в верхней камере поплавок поднимается вверх (верхнее положение) и при помощи штока, открывается вначале малый клапан, и если его пропускной способности не хватает, то открывается и большой клапан, при этом малый клапан передвигается внутри большого клапана по общей вертикальной оси. Далее жидкость через втулку сброса сливается в приемные емкости. При понижении уровня в верхней камере поплавок опускается и закрывает клапаны (нижнее положение). При работе клапанного узла жидкость выходит через продольные сквозные отверстия в стенках малого клапана, ориентированные вдоль вертикальной оси. Жидкость из верхней камеры через отверстия в дроссельной перегородке поступает к клапанному узлу через продольные сквозные отверстия в стенках гильзы, ориентированные вдоль плоскости, перпендикулярной вертикальной оси. Клапанный узел нижней камеры является основным сливным узлом жидкости, выступает в роли дросселирующего узла. Частично роль дросселя играет малый клапан, уменьшающий усилия требуемое на открытие слива, а далее двойная конструкция из клапанов регулирует поток жидкости для поддержания в нижней камере уровня жидкости, играющей роль гидрозатвора.
Заявляемый способ дренирования предназначен для слива жидкостей, с содержанием мелкодисперсных механических примесей до 5%, и предотвращением выхода в атмосферу их газообразных фаз и попутных газов.
Техническое решение поясняют изображения на фиг. 1-12.
Фиг. 1. Устройство дренажное в сборе, общий вид.
Фиг. 2. Устройство дренажное в разрезе А-А.
Фиг. 3. Нижняя часть устройства дренажного в разрезе.
Фиг. 4. Нижняя камера в разрезе.
Фиг. 5. Устройство дренажное в разрезе, схема движения потоков жидкости при работе устройства.
Фиг. 6. Схема расположения клапанов при работе: нижнее положение.
Фиг. 7. Схема расположения клапанов при работе: среднее положение.
Фиг. 8. Схема расположения клапанов при работе: верхнее положение.
Фиг. 9. Клапанный узел в изометрии (3D) в разрезе.
Фиг. 10. Малый клапан в изометрии (3D),
где 1 – корпус верхней камеры;
2 – корпус нижней камеры;
3 – верхний отвод;
4 – фланец;
5 – боковой отвод;
6 – поплавок;
7 – рассекатель;
8 – опора рассекателя;
9 – крышка верхняя;
10 – крепежный элемент (болт);
11 – крепежный элемент (гайка);
12 – дроссельная перегородка;
13 – гайка нижней крышки;
14 – втулка сброса (дренажа);
15 – шток;
16 – клапан большой;
17 – клапан малый;
18 – крышка нижняя;
19 – отверстия в дроссельной перегородке;
20 – кольцо уплотнительное;
21 – корпус направляющей втулки;
22 – втулка направляющая;
23 – наконечник;
24 – гайка направляющей втулки;
25 – гильза (втулка с отверстиями);
26 – отверстия в стенках гильзы;
27 – седло клапана;
28 – уплотнительное кольцо.
Фиг. 11. Известный клапан дренажный поплавковый с вертикальным поплавком, где
29 – резинка уплотнения поршня;
30 – поршень;
31 – втулка бокового отвода;
32 – направляющие;
33 – поплавок;
34 – корпус;
35 – клапан;
36 – шток;
37 – втулка верхнего отвода;
Фиг. 12. Известный клапан дренажный поплавковый с горизонтальным поплавком, где
38 – поплавок;
39 – кулиса;
40 – клапан;
41 – клапан;
42 – шток;
43 – шток;
44 – опора;
45 – присоединительный фланец;
46 – корпус.
Пример осуществления
Для реализации заявляемого способа используют следующее устройство. Устройство дренажное (фиг. 1-5) состоит из двух камер цилиндрической формы с разными диаметрами, разделенные между собой дроссельной перегородкой с несколькими отверстиями. Рабочие камеры смонтированы между собой при помощи фланцевого соединения. Камера 1 состоит из двух частей, соединенных между собой фланцами на болтовом соединении. В верхней части камеры 1 герметично, например, методом сварки, установлена верхняя крышка 9 в виде пластины из листа металла, в которой расположен верхний отвод 3, оснащенный втулкой с резьбовым соединением. С внутренней части камеры напротив отверстия отвода 3 приварен рассекатель 7 на четырех опорах 8. В стенке верхней части камеры к боковому отводу 5 приварена трубка малого диаметра с резьбой. В процессе применения в дальнейшем на нее устанавливают вентиль (шаровой кран). Также в верхней камере 1 установлен саморегулирующийся элемент управления (поплавок) 6, соединенный штоком 15 сквозь дроссельную перегородку 12 через втулку с клапанным узлом. Рабочие зоны верхней 1 и нижней 2 камер разделены дроссельной перегородкой 12, выполненной в виде шайбы с несколькими отверстиями. Шток 15 от поплавка 6 проходит через втулку с уплотнением в дроссельной перегородке 12 и выходит в рабочую зону нижней камеры 2. Нижняя камера 2 содержит корпус 2 и клапанный узел, расположенный внутри гильзы 25, выполненной в виде полого цилиндра со сквозными отверстиями 26 в стенках. Клапанный узел состоит из малого 17 и большого 16 клапанов. Малый клапан 17 выполнен в виде полого цилиндра с продольными сквозными отверстиями в стенках. Малый клапан жестко связан со штоком 15 поплавка 6 одним торцевым отверстием и имеет утолщение стенки на другом торце. Продольные сквозные отверстия в стенках малого клапана 17 ориентированы вдоль вертикальной оси. Малый клапан 17 расположен внутри большого 16 с одной степенью свободы и при работе перемещается вдоль общей вертикальной оси. Седло 27 клапанного узла располагается в верхнем торце втулки сброса 14, которая в свою очередь запрессована в нижнюю крышку 18, представляющую собой заглушку, приваренную к корпусу нижней камеры. Седло 27 клапанного узла жестко зафиксировано, например, запрессовано в торец втулки сброса 14, нижняя крышка 18 для обеспечения герметичности приварена по краю к стенкам корпуса нижней камеры 2.
Способ осуществляется следующим образом. Через верхний отвод 3 жидкость подается на рассекатель 7, затем пройдя через верхнюю камеру 1 где находится поплавок 6 через дроссельную перегородку 12 попадает в нижнюю камеру 2, где при высоком уровне жидкости в камере 1 поплавок 6 поднимается вверх (верхнее положение) и при помощи штока 15, открывается вначале малый клапан 17, и если его пропускной способности не хватает то, открывается и большой клапан 16), при этом малый клапан передвигается внутри большого клапана по общей вертикальной оси, далее жидкость через втулку сброса сливается в приемные емкости. При понижении уровня в верхней камере 1 поплавок 6 опускается и закрывает клапаны 16, 17 (нижнее положение). Клапанный узел нижней камеры 2 является основным сливным узлом для жидкости, т.е. выступает в роли дросселирующего узла. Частично роль дросселя играет малый клапан 17, для уменьшения усилия требуемого на открытие слива, а далее двойная конструкция из клапанов 16,17 (клапанный узел) регулирует поток жидкости для поддержания в нижней камере 2 уровня жидкости, которая играет роль гидрозатвора.
Заявляемый способ дренирования предназначен для слива жидкостей, с содержанием мелкодисперсных механических примесей до 5%, и предотвращением выхода в атмосферу их газообразных фаз и попутных газов.
1. Способ дренирования жидкости со скважин при подземном способе добычи нефти, включающий использование саморегулирующегося элемента управления поплавка, отличающийся использованием устройства дренажного двухкамерного, при котором жидкость подают через верхний отвод устройства на рассекатель верхней камеры, затем после прохождения через верхнюю камеру с поплавком, через дроссельную перегородку с отверстиями жидкость поступает в нижнюю камеру на клапанный узел; под действием высокого уровня жидкости в верхней камере поплавок поднимается вверх и при помощи штока открывает вначале малый клапан, затем при необходимости увеличения пропускной способности открывает большой клапан, при этом малый клапан передвигается с одной степенью свободы внутри большого клапана и вместе с ним по общей вертикальной оси; далее жидкость выходит через втулку сброса, затем под действием понижения уровня жидкости в верхней камере поплавок опускается и закрывает оба клапана.
2. Способ дренирования жидкости со скважин при подземном способе добычи нефти по п. 1, отличающийся тем, что при работе клапанного узла жидкость выходит через продольные сквозные отверстия в стенках малого клапана, ориентированные вдоль его вертикальной оси.
3. Способ дренирования жидкости со скважин при подземном способе добычи нефти по п. 1, отличающийся тем, что жидкость из верхней камеры через отверстия в дроссельной перегородке поступает к клапанному узлу через продольные сквозные отверстия в стенках гильзы, ориентированные вдоль плоскости, перпендикулярной вертикальной оси.
Источник: findpatent.ru
Наличие тех или иных видов пластовой энергии и характер их проявления в процессе разработки нефтяной или газовой залежи определяют режим дренирования залежи (чаще его называют режим залежи).
Принято давать название режиму по преобладанию в рассматриваемый период времени главной движущей силы.
Большая часть нефтяных залежей обладает так называемым водонапорным режимом, при котором движение нефти в пласте к скважинам осуществляется под действием наступающей краевой (контурной) воды. В идеальном случае при этом режиме нефтяная залежь постоянно пополняется водой из поверхностных источников, в количествах, равных или несколько меньших количества отбираемой из залежи нефти. Источниками питания такой водонапорной системы могут быть атмосферные осадки, различные водоемы, ледниковые воды.
По мере извлечения нефти из залежи освобождающееся поровое пространство в ней будет заполняться наступающей краевой водой и водонефтяной контакт (граница нефти с водой) будет непрерывно передвигаться по направлению к скважине. Если количество поступающей в пласт с поверхности воды будет равно количеству извлекаемой из скважины нефти, производительность скважины и давление в пласте будут оставаться в процессе эксплуатации постоянными. Если же из пласта больше будет извлекаться нефти, чем поступать в него жидкости, то давление в пласте и производительность скважины будут постепенно снижаться. Это также наблюдается, когда нефтяная залежь не имеет сообщения с дневной поверхностью и, следовательно, не получает пополнения энергии извне.
При водонапорном режиме эксплуатация залежи прекращается, когда наступающая контурная вода достигает скважин и вместо нефти из пласта будет извлекаться только вода.
Однако полного вытеснения нефти замещающей ее водой никогда не происходит. Дело в том, что нефть и вытесняющая ее вода движутся в пористом пласте одновременно. В процессе замещения нефти вода, имеющая обычно меньшую вязкость, будет неизбежно опережать нефть. По мере эксплуатации количество воды в общем объеме добываемой пластовой жидкости будет постоянно увеличиваться. Нефть уже не вытесняется из пор, а скорее увлекается струей воды.
Чем больше вязкость нефти, тем на большее расстояние от начального водонефтяного контакта может распространяться процесс параллельного движения воды и нефти при постепенном возрастании содержания воды в потоке. И даже в том случае, если из скважины будет извлекаться чистая вода, в порах породы все же останется неизвлеченным то или иное количество нефти.
Показателем эффективности разработки нефтяной залежи служит так называемый коэффициент нефтеотдачи — отношение извлеченного из залежи количества нефти к начальным ее запасам.
Практикой установлено, что коэффициент нефтеотдачи для залежей нефти с водонапорным режимом может быть равным 0,5—0,8, т. е. из залежи возможно извлечь 50—80% общего количества нефти, имевшейся в ней до начала эксплуатации.
При больших размерах системы, питающей нефтяную залежь водой, даже в случае, если эта система не сообщается с поверхностью земли, в начальный период эксплуатации пластовая энергия выражается в виде упругого расширения пластовой жидкости и вмещающей ее породы при снижении давления в пласте. Объем воды при снижении давления на 1 МПа увеличивается в пределах 1/2000—1/2500 первоначального объема. Объем нефти при снижении давления на 1 МПа в зависимости от газонасыщенности увеличивается от 1/70 до 1/1400 первоначального объема, а объем породы при изменении давления на 1 МПа—от 1/10000 до 1/50000 своей величины.
Со снижением давления в залежи вода и нефть расширяются в объеме, а поровые каналы сужаются, вода в пласте занимает место нефти, вытесняемой в скважины. Несмотря на то, что упругое расширение пластовой водонапорной системы при снижении давления в пласте ничтожно мало, все же это явление играет большую роль при эксплуатации нефтяных месторождений, так как здесь в процессе принимают участие колоссальные объемы воды, окружающей и подпирающей нефтяную залежь. В некоторых случаях за счет упругой энергии из пласта можно извлечь значительное количество нефти.
Режим работы нефтяного пласта, при котором основной движущей силой является упругое расширение породы и жидкостей, заключенных в ней, называется упруговодонапорным (упругим) режимом.
В залежи нефти с упругим режимом активного продвижения контурных вод с полным замещением освободившихся от нефти пор не наблюдается, пластовое давление быстро падает и с течением времени режим работы залежи может перейти в газовый. В таких залежах обычно применяют искусственные мероприятия по поддержанию пластового давления путем закачки в пласт воды.
Наряду с напором пластовых вод и силами упругости пластовых водонапорных систем все нефтяные и газовые залежи обладают тем или иным запасом энергии газа, находящегося в пласте в свободном состоянии в виде газовой шапки или же растворенного в нефти. В нефтяных залежах с газовой шапкой значительного объема действуют силы, вызываемые напором и расширением сжатого газа. Давление газа в газовой шапке передается на зеркало газонефтяного контакта, а следовательно, и на весь объем нефти в залежи. При отборе нефти из залежи пластовое давление снижается, газовая шапка расширяется и, подобно поршню, вытесняет нефть в нижнюю часть залежи.
Режим работы пласта, при котором преобладающим видом энергии является энергия свободного газа, заключенного в газовой шапке, называется газонапорным.
Процесс вытеснения нефти газом аналогичен процессу вытеснения нефти водой с той только разницей, что вода вытесняет нефть в повышенные части залежи, а газ, наоборот, в пониженные.
Объем газа, находящегося под давлением в газовой шапке, всегда неизмеримо меньше объема водонапорной системы, окружающей нефтяную залежь, поэтому запас энергии здесь всегда ограничен. Кроме того, вязкость газа весьма мала по сравнению с вязкостью нефти, и в процессе вытеснения нефти и расширения газа в газовой шапке он будет прорываться к скважинам, расположенным недалеко от газонефтяного контакта. Прорыв же газа в скважины будет способствовать бесполезному расходу газовой энергии при одновременном уменьшении притока нефти.
Для увеличения коэффициента нефтеотдачи залежи с газонапорным режимом в повышенную ее часть следует нагнетать с поверхности газ, что позволит поддержать, а иногда восстановить пластовую энергию.
Газовый режим (режим растворенного газа) характерен для залежей с пологим падением пластов при отсутствии свободного газа и без напора краевой воды.
Высокий темп отбора жидкости даже при наличии в залежи краевых вод или газовой шапки также способствует проявлению газового режима, так как в этом случае вода или газ не успевают занять часть освобожденного нефтью объема и уже не играют роли активной напорной силы, оттесняющей нефть к скважинам.
Основной движущей силой при режиме, как уже говорилось, является газ, растворенный в нефти или рассеянный в виде мельчайших пузырьков в пласте вместе с нефтью. Со снижением давления в пласте газ начинает выделяться из нефти, отдельные пузырьки его расширяются в объеме и выталкивают нефть из порового пространства в зоны пониженного давления, т. е. к забоям эксплуатационных скважин.
Такой процесс вытеснения нефти при отсутствии других действующих в пласте сил характеризуется весьма малой эффективностью по следующим причинам: во-первых, количество газа в пласте, растворенного в нефти, ограничено; во-вторых, при снижении давления в залежи большие количества газа вхолостую проскальзывают к сважинам, не производя полезной работы по проталкиванию нефти. Это объясняется тем, что вязкость газа намного ниже вязкости нефти и пузырьки газа в своем движении к забоям скважин обгоняют капельки нефти.
Эффективность расходования пластовой энергии при газовых режимах характеризуется газовым фактором — количеством газа, приведенном к нормальным условиям, приходящимся на 1 т извлекаемой нефти.
В процессе эксплуатации нефтяной залежи, характеризующейся режимом растворенного газа, наблюдается непрерывное снижение пластового давления и увеличение газового фактора, что указывает на неэкономичное расходование пластовой энергии. Коэффициенты нефтеотдачи при этом режиме наиболее низкие и, как показывают экспериментальные данные, составляют 0,15—0,30,
Для восполнения пластовой энергии в нефтяных залежах, разрабатываемых на режиме растворенного газа, необходимо применять методы искусственного поддержания пластового давления путем закачки в залежь воды или газа.
Рассмотрим еще один источник пластовой энергии — силу тяжести.
Все нефтесодержащие породы залегают под некоторым углом к горизонтальной площади. Поэтому находящаяся в них нефть под действием силы тяжести стремится переместиться вниз по падению пластов. Чем больше угол наклона пласта, тем большей энергией силы тяжести обладает заключающаяся в нем нефть.
Энергия напора, возникающего вследствие проявления силы тяжести, оказывается иногда единственным видом энергии, продвигающей нефть к забоям нефтяных скважин. Режим дренирования таких залежей называется гравитационным.
Энергия силы тяжести имеет практическое значение в поздней стадии разработки нефтяных месторождений закрытого типа, когда энергия упругости газа уже израсходована и прекратилось продвижение контурных вод.
Нефтяная залежь редко разрабатывается на каком-либо одном режиме в течение всего периода ее эксплуатации. Так, например, месторождения с водонапорным режимом, разрабатываемые за счет лишь естественной энергии пласта, при высоких отборах могут перейти на режим растворенного газа.
В некоторых месторождениях различные их участки могут эксплуатироваться на различных режимах: например, нефть в краевые скважины может вытесняться за счет напора контурных вод, а внутренние области пласта могут дренироваться за счет энергии газовой шапки или истощения энергии растворенного в нефти газа.
Газовые залежи могут эксплуатироваться при водонапорном, газовом и смешанном режимах.
Источник: StudFiles.net
