Устройство для регулирования режима работы скважин на воду

(51) 03 3/00 (2006.01) 21 43/08 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ 2011/0848.1 26.07.2011 14.06.2013, бюл. 6 Низовкин Вячеслав Михайлович 2005119229 , 27.12.20062002044481 1, 06.06.20021142624 1, 28.02.198522298 4, 15.02.2010(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМА РАБОТЫ СКВАЖИН НА ВОДУ(57) Изобретение относится к устройству и эксплуатации скважин на воду и может быть использовано в различных отраслях промышленности. Сущность изобретения состоит в том, что устройства контролируют процесс пуска, водоотбора, регенерации фильтра скважины,исключают пескование скважины, определяют пригодность скважины к дальнейшей эксплуатации и сами выводят оборудование из аварийной ситуации в скважине или принимают решение автоматически с минимальной затратой времени и осуществляют его по выводу скважины в ремонт,сообщая одновременно о принятом решении на пульт насоса световыми и звуковыми сигналами и на диспетчерский пульт. Изобретение позволяет длительное время сохранять пригодным к эксплуатации насос и скважину и экономить значительные суммы средств на ремонтах скважины и насосов и сохранении е производительности. Изобретение относится к ремонту и эксплуатации водозаборов подземных вод и на нефтепромыслах. Известна скважина, содержащая отстойник,фильтр, эксплуатационную колонну труб, устье,насос с водоподъемной трубой и задвижкой см.(напр. Рис.7.1 и 7.2,с.64-65.книга Н.А.Плотников, Алексеев Проектирование и эксплуатация водозаборов подземных вод М. стройиздат 1990). Однако, из имеющегося сортамента зачастую не удается подобрать насос, рабочая точка которого точно бы соответствовала допустимому дебиту скважины, а задвижки на устье скважины являются лишь запорной арматурой, что ведет к резкому сокращению срока службы скважины и насоса из-за пескования скважины. Известна скважина с электропогружным насосом,водоподъемной трубой,запорной арматурой и водопроводной сетью см.(напр. Рис.30,с.90-92 автор Киселев Повышение срока эксплуатации водозаборных скважин, М колос,1975). Однако, данные устройства имеют малый срок эксплуатации из-за не совершенства конструкции скважины, не качественного ее освоения и ошибок проектирования и, как результат, не соответствие дебита скважины водоносному горизонту и насосу,которые тоже разные и зависят от характеристики- характеристика сети, а -расход сети,или подача воды в сеть, Н- напор сети, что и предопределяет вынос песка из-за зафильтрового пространства,эффективно сокращая против нормативного срока службы скважины и насоса. Известно так же устройство для защиты скважины от песка содержащее фильтр,надфильтровую трубу, погружной электронасос,диск, конус, цилиндр, поршень, шток, обратный клапан см. (напр. А.с. СССР 825875). Однако, данное устройство сложно по конструкции, исключает проведение работ в зоне фильтра и снижает производительность насоса,увеличивая потери на входе в насос, которые надо уменьшать. Известен так же водозабор подземных вод,содержащий водозаборные скважины, скважинные трубопроводы,герметичную емкость с предохранительными клапанами, водоводы и погружные электронасосы см. (напр. А.с. СССР 1278411). Однако, данный водозабор не связывает зависимостью пескование скважин с производительностью насоса, не влияет на затрубную кольматацию, не перекрывает полости пескования в затрубном пространстве, не перемещает насос вниз за динамическим уровнем воды. Известным техническим решением является устройство для регулирования расхода воды в скважинах вертикального дренажа, содержащее,насосную установку с асинхронным электроприводом,теристорный регулятор переменного тока-(прибор регулирующий частоту вращения переменного тока), датчик и задатчик 2 скорости вращения электропривода,узлы сравнения,блок фазового управления, датчик наличия песка,дополнительные задатчики скорости вращения электропривода,переменные установки замыкающие и размыкающие контакты см.(напр.А.с. СССР 1142624). Однако, данное устройство сложно по конструкции, не исключает вынос песка из затрубного пространства во время пусков и работы насоса и не сохраняет длительно дебит скважины. Известно устройство для стабилизации динамического уровня воды в скважине,содержащее погружной насос, водоподъемную трубу с отверстиями в стенке, рамки с осью,дроссельный затвор с тягой и поплавком см.(напр. А.с. СССР 517686). Однако,данное устройство не исключает кольматации фильтра и прифильтровой зоны, не прекращает пескование,не регулирует производительность насоса, не отключает насос при авариях фильтра и песковании и не смещает насосный агрегат вниз под динамический уровень при сработки продуктивного водоносного горизонта. Известным способом подготовки скважины к эксплуатации является способ, в котором определяют напорно-расходную характеристику насоса путм нескольких его пусков с различным расходом на оптимально возможной глубине,измеряют, сравнивают и определяют величину вакуума в пласте и определяют границы возможного дебита скважины с целью повышения надежности в работе скважины за счет уменьшения пескования и регулируют дебит скважины см. (напр. А. с. СССР 1491974). Однако, данный способ не исключает пескование скважин при ошибках в проектах, при бурении и освоении и при пусках и водоотборах из-за низкого качества освоения скважины и отсутствия оборудования выпускаемого промышленностью т. к. обсыпка фильтра с поверхности земли представляет большие трудности в основном при эксплуатации скважины из-за пескования и занижения дебита против водоносного горизонта. Наиболее близким аналогом к заявленному устройству по технической сущности и достигаемому результату является скважина,содержащая эксплуатационную колонну труб с фильтром - сальником на башмаке и пружину с подвижной фильтровой колонной труб,с устройством внутри не для регенерации фильтра и зафильтрового пространства, датчик уровня воды,вантуз на устье скважины, диск и пружину с упорным фланцем на колонне водоподъемных труб,бок-цилиндр, струйный насос с контейнером песка см. (напр. Патент Р.Ф. 2190064). Однако, данное устройство не определяет содержание песка в откачиваемой воде, при пусках и водоотборах, не согласовывает дебит скважины с производительностью насоса,не отключает скважину при содержании песка более 0,01 в откачиваемой воде, согласно паспорта завода производителя насосов, не смещает автоматически насос вниз при снижении динамического уровня воды в скважине из-за сезонных колебаний уровня воды в водоносном горизонте и в скважине. Сущность изобретения заключается в следующем 1. Устройство насоса выполнено в виде многопозиционного, подвижного элемента его обратного клапана в корпусе насоса с различным его расположением в корпусе клапана с соответствием одному паспортному расходу скважины с целью подхода одного агрегата под несколько различных характеристик скважин и самих насосов и в т.ч.к диаметрам эксплуатационных колонн труб. 2. Корпус подвижного элемента обратного клапана содержит дополнительный подпружиненный обратный клапан меньшего размера для расширения диапазона регулировки внутри зоны устойчивой работы насоса и оптимальной производительности насоса, исключая пескование и кавитационные явления, особенно в пусковые периоды. 3. Для идентификации расходов скважины и насоса и запрета пескования снизу под электродвигателем размещен датчик песка с кабелем, звуковой и световой сигнализации в щит управления насосным агрегатом. 4. В отстойнике скважины на пружинящей подвеске, под насосным агрегатом размещено устройство для регенерации фильтра и зафильтрового пространства скважины с целью перемещения обсыпки и исключения кольматации и полостей поступления песка. 5. Для смещения в нижнее положение погружного агрегата с максимальной 4-6 м амплитудой колебания уровня воды за межремонтный период работы насоса под его динамический уровень водоподъемный трубопровод после насоса снабжен компенсатором, нижний патрубок которого, содержит ограничитель хода трубы вниз в виде защелок с кольцевым электромагнитным приводом и кабелем, а верхний,размещен внутри водоподъемной трубы, которая содержит ограничитель хода на верхнем конце в виде фланца и камеру компенсатора с сальником,пружиной и шайбами сальника. Единый технический результат при осуществлении устройства состоит В повышении эффекта регулирования и согласования дебита скважины и подачи насоса. В осуществлении автоматического контроля за прекращением пескования скважины и продлением ее срока службы. В разрушении структурной решетки кольматационных образований и перекрытии каналов поступления песка в обсыпке вокруг фильтра. В автоматическом поддержании погружного агрегата под динамическим уровнем воды в скважине с максимальным ее дебитом. В сохранении погружного агрегата для дальнейшей эксплуатации. В автоматическом определении причины пескования скважины и информировании сигналами диспетчерского пульта о выходе скважины из строя. Технической задачей режима эксплуатации существующих скважин на воду является автоматизация процессов и длительное сохранение первоначальной производительности существующих скважин путем совершенствования конструкции обратного клапана с совмещением его функций регулятора расхода. Достижение высокой степени эффективности регенерации зафильтрового пространства скважины и исключение пескования во время пуска насоса и водоотборе, путем регулирования его дебита в корпусе обратного клапана насоса. Автоматическое ведение циклов регенерации 35 мин устройством для их осуществления, что перемещает обсыпку фильтра уплотняя ее и,исключая пескование и, сохраняя насос. Технический результат в устройстве достигается тем, что (фиг.1,2,6,7,9) в устройстве включающем скважину и состоящую из эксплуатационной колонны труб 1,фильтра 2, отстойника 3,под динамическим уровнем воды размещн погружной насосный агрегат 4 с регулирующим расход воды обратным клапаном 5 и датчиком песка 24, а на водоподъмной трубе 23 насоса 4,выполнен подвижный сальниковый компенсатор 26,с кольцевым электромагнитом 33 в корпусе 34 и фиксирующими перемещение трубы вниз пальцами 37,а для диагностирования состояния и работоспособности зафильтровой зоны скважина содержит в отстойнике 3 устройство для регенерации фильтра 21 с контейнером сбора осадка 41. Совокупность признаков, перечисленных выше в формуле изобретения устройства, позволяет эффективно вести регулирование режима эксплуатации любых скважин, так как он соответствует всем возможным вариантам устранения причин снижения дебита скважиночистки их ствола, затрубного пространства и пескования при пусках насоса и водоотборе, в автоматическом режиме работы насоса, а так же в принятии решения о выводе скважины в ремонт. На чертежах представлено устройство заявленного изобретения, где на (фиг.1) дан общий вид установки в скважине на (фиг.2) разрез корпуса обратного клапана на(фиг.6) разрез компенсаторного сальника на(фиг.3,4,5) фрагменты деталей устройства обратного клапана на (фиг.8,9) фрагменты фиксаторного устройства электромагнитного привода перемещения водоподъмной трубы вниз. Устройство содержит см. (фиг. 1,2,3,4,5,6,7,8,9) эксплуатационную колонну труб 1, фильтр 2,отстойник 3, погружной насосный агрегат 4, с водоподъмной трубой 23 и обратным клапаном 5,корпус которого содержит регулятор расхода,состоящий из основного 6 с дополнительными отверстиями 7 и дополнительного 9 с центральным отверстием 10 и уплотнением 11 клапанов, и регулировочной втулкой 13 с наружной резьбой 3 14,контрогайкой 15,упорным фланцем 16 и четырхгранником под ключ 17,а так же пружину 12 малого клапана, рбра 18 крепления втулки 13 и седло 43 диска 6 основного клапана. Устройство так же под погружным насосным агрегатом содержит датчики песка 24 и скорости движения воды 42 с кабелем 25, ударно-вибрационный агрегат 21 с тросом 19, пружинящей подвеской 20, кабелем 22,над которым размещн контейнер сбора осадка 41,а для смещения погружного насосного агрегата 4 вниз нижний конец водоподъмной трубы 23 содержит сальниковый компенсатор 26 с патрубком на трубе 23, корпус сальника 27, фланец сальника 28, уплотнительную шайбу 29, пружину 30, упор сальника 31, ограничитель хода 32 трубы 23 вниз, на которой под компенсатором в кожухе 34 размещн кольцевой электромагнит 33 с фиксаторными пальцами 37 с пружинами 35 и перегородками 36 с шайбами 38 и стопорными пальцами 39 и фиксаторами 40 пальцев 37. Устройство работает следующим образом Во время водоотбора возрастает сопротивление в фильтре 2, скважины 1 и увеличивается перепад давления в скважине и за ней и датчик уровня воды(не показан) подат сигнал станции управления погружным насосным агрегатом 4 на ввод в работу устройства 21 регенерации фильтра по реле времени на 3-5 мин или на 10-15 мин и устройство 21 ведт регенерацию фильтра 2 скважины, изменяя частоту вращения вала ударно-вибрационного механизма,достигая максимальной мутности откачиваемой воды и после осуществления 2-5 циклов регенерации датчик песка 24 определяет содержание его в откачиваемой воде и по кабелю 25 подат сигнал станции управления погружным насосным агрегатом 4 или его работы, или отключения в ремонт скважины (по песку). Одновременно в циклах регенерации за счт смещения обсыпки фильтров разрушается структурная рештка кольматанта и снижается перепад давления в фильтре, и в зафильтровом пространстве, и повышается динамический уровень воды в скважине 1,а в случае снижения уровня воды в скважине из-за сработки продуктивного водоносного горизонта нижний конец водоподъмной трубы 23 по сигналу датчика уровня воды смещает через сальниковый компенсатор 26, погружной агрегат 4 вниз, приводя в действие через кабель 22 кольцевой электромагнит 33,размещнный в кожухе 34,который одновременно освобождает фиксаторные пальцы 37 из фиксаторов 40 и перемещает вниз насос 4 с трубой 23 в компенсаторном сальнике 26 за счт вибрации и давления жидкости работающего насоса 4, смещая его до ограничителя хода 32 на 3-6 м и на весь межремонтный период работы погружного насосного агрегата. Регулирование подачи насоса по дебиту скважины ведут до монтажа агрегата 4 в скважину 1, согласно паспорта скважины путм установки его клапана на втулке 13 с резьбой 14 и контргайкой 15, позволяющих устанавливать несколько различных подач погружного насосного агрегата 4 независимо от напорно-расходной характеристики сети водопровода, что позволит проводить плавные пуски и расширить диапазон положений регулировок одного погружного насосного агрегата для различных скважин. При работе скважин любых конструкций устройство позволяет автоматически и с минимальной тратой времени определить, и устранить неисправности, защищая скважину и насос и, экономя средства и эл.энергию на входе в насос, посредством датчика 42. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Устройство для регулирования режима работы скважин на воду, содержащее погружной насосный агрегат с обратным клапаном, размещнные на водоподъемной трубе,ударно-вибрационный агрегат для регенерации фильтра в отстойнике скважины с кабелем, тросом и пружинящей подвеской, частотный преобразователь с кабелем и фильтрами на устье скважины, отличающееся тем,что корпус обратного клапана погружного насосного агрегата снабжен регулятором расхода в виде двух совмещенных на одной оси подвижных обратных клапанов, по крайней мере, один из которых, дополнительный, меньшего проходного сечения, подпружинен и совмещен с основным, на его регулируемой расход втулке штока его хода, а электродвигатель погружного агрегата снизу содержит датчик песка с кабелем и устройством световых и звуковых сигналов в станции управления агрегатом и включающими контактами пускателя ударно-вибрационного агрегата регенерации фильтра и обсыпки зафильтрового пространства и отключающими контактами пускателя агрегата для вывода скважины в ремонт по фильтру из-за необоснованности поступления песка в ствол скважины после 2-3 кратного применения по 3-5 мин ударно-вибрационного агрегата для перекрытия зафильтровых каналов поступления песка, а сверху электродвигатель содержит датчик скорости движения воды для подачи на пульт сигнала о перерасходе электроэнергии на входе воды в насос,а также нижняя водоподъемная труба устройства снабжена сальником, верхняя часть которой 3-6 м размещена внутри водоподъмного трубопровода и для понижения агрегата снизу содержит защлкификсаторы с электромагнитным приводом и кольцевыми катушками в корпусе, размещенные под динамическим уровнем воды на водоподъемной трубе в скважине для смещения агрегата вниз по сигналу датчика о снижении динамического уровня воды в скважине.