СТРУЙНАЯ СКВАЖИННАЯ УСТАНОВКА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1999 года по МПК F04F5/02 

Изобретение относится к области струйной техники, преимущественно к струйным аппаратам, используемым при работе в скважинах для подъема подземных жидкостных сред.

Известен скважинный струйный аппарат, содержащий корпус с размещенными в нем по окружности активными соплами и кольцевую вставку с центральным каналом и боковыми каналами, соосными с активными соплами, выполненными в виде камер смешения и диффузоров, причем струйный аппарат снабжен шаровым клапаном, а в центральном канале вставки выполнено седло, и шаровой клапан установлен в последнем (см. авторское свидетельство СССР, 1545011, кл. F 04 F 5/02, 1990).

Данный струйный аппарат позволяет расширить область его использования путем обеспечения возможности воздействия на пласт энергией взрыва, однако данный струйный аппарат не позволяет проводить работы в скважине во время работы струйного аппарата, что сужает его возможности.

Наиболее близкой к описываемой по технической сущности и достигаемому результату является струйная скважинная установка, содержащая пакер и установленные на колонне труб струйный насос с активным соплом, камерой смешения и диффузором и запорный элемент с седлом, причем седло запорного элемента установлено параллельно струйному насосу, а запорный элемент выполнен с осевым каналом (см. патент Российской Федерации, 2059891, кл. F 04 F 5/02, 1996).

Данная струйная скважинная установка позволяет за счет выполнения в запорном элементе осевого канала устанавливать в скважине ниже струйного насоса различное технологическое оборудование и проводить с помощью этого оборудования различные исследования и работы по интенсификации откачки различных сред из скважины.

Однако надежность работы запорного элемента недостаточна, чтобы полностью исключить возможность протекания среды через запорный элемент. Кроме того, надежность работы установки снижается и объем проводимых исследований сужается, поскольку установка выполнена с одним струйным насосом. Снижение надежности связано с тем, что выход из строя струйного насоса влечет за собой выход из строя всей установки, а снижение объема исследований связано с тем, что установка одного струйного насоса не позволяет создать различные градиенты скоростей потока в скважине и позволяет регулировать режим работы скважины в относительно узком диапазоне.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение надежности работы установки, повышение ее производительности и объема проводимых исследований.

Указанная задача решается за счет того, что в струйной скважинной установке, содержащей пакер и установленный на колонне труб струйный насос с корпусом, активным соплом, камерой смешения, диффузором и запорным элементом с седлом, причем седло запорного элемента выполнено в корпусе струйного насоса, а сам запорный элемент выполнен с осевым каналом, при этом корпус струйного насоса снабжен несколькими посадочными местами для установки в них заглушек или активных сопел с камерами смешения и диффузорами, а запорный элемент выполнен в виде полого цилиндрического корпуса с кольцевыми уплотнительными манжетами со стороны внешней поверхности этого корпуса и в корпусе запорного элемента установлены верхний и нижний упорные элементы, между которыми размещены поочередно промежуточные упорные шайбы и эластичные прокладки, причем на торцевых поверхностях шайб выполнены выступы, высота которых составляет от 0,1 до 0,3 высоты эластичной прокладки.

В другом варианте выполнения струйной скважинной установки поставленная в изобретении задача решается за счет того, что корпус струйного насоса снабжен несколькими посадочными местами для установки заглушек или сопел с камерами смешения и диффузорами, а запорный элемент выполнен в виде полого цилиндрического корпуса с кольцевыми уплотнительными манжетами со стороны внешней поверхности корпуса, а в корпусе установлен подпружиненный относительно корпуса обратный клапан.

Третий вариант выполнения струйной скважинной установки решает поставленную задачу за счет того, что установка, выполненная по первому варианту, дополнительно снабжена глубинным манометром, пробоотборником и расходомером, установленными на запорном элементе со стороны входа в струйный насос откачиваемой среды.

Как показали проведенные исследования, место размещения струйного насоса, количество струйных насосов и конструкция запорного элемента могут оказать существенное влияние на надежность работы струйной скважинной установки и на ее производительность.

Было установлено, что установка одного струйного насоса эксцентрично в скважине может в ряде случаев привести к снижению производительности установки и снижению надежности ее работы. Это связано с тем, что при эксцентричной установке струйного насоса в скважине со стороны внешней поверхности колонны труб энергии насоса может не хватить для перекрытия полностью поперечного сечения скважины. В результате возникают вихревые обратные токи, что увеличивает гидравлическое сопротивление и, как следствие, противодавление на выходе из струйного насоса с соответствующим уменьшением производительности струйного насоса и всей установки в целом. Выполнение нескольких посадочных мест позволяет, в случае необходимости установить несколько струйных насосов осесимметрично вокруг колонны труб, что предотвращает образование вихревых обратных токов и, соответственно, позволяет увеличить производительность установки. Одновременно установка нескольких струйных насосов позволяет повысить надежность работы установки, поскольку выход из строя одного струйного насоса, например засорение камеры смешения струйного насоса, не приводит к прекращению работы установки.

Возможен и другой вариант работы установки, когда производится откачка жидкой среды с примесями, например песка. В этом случае целесообразно установить струйные аппараты несимметрично вокруг колонны труб. Это позволяет дополнительно турбулизировать поток за выходным сечением струйных насосов и, за счет этого предотвратить осаждение примесей в скважине и, следовательно, повысить надежность работы установки, хотя при этом имеет место некоторое снижение производительности. Этого же эффекта можно добиться и при установке одного струйного насоса.

И последнее, выполнение дополнительных посадочных мест, закрытых заглушками, позволяет в случае необходимости, например при выходе из строя струйного насоса и невозможности его быстрого демонтажа, например при засорении посадочного места, быстро установить новый или дополнительный струйный насос, при этот заглушка сохраняет посадочное место, свободное от струйного насоса от возможного его засорения или порчи.

Дополнительные возможности по повышению надежности работы установки и повышению ее производительности предоставляет выполнение запорного элемента с эластичными прокладками и упорными шайбами. Как известно, большинство эластичных материалов, которые используют для герметизации, имеют предел сжатия, при котором они сохраняют свои эластичные свойства и обеспечивают надежную герметизацию. Выполнение запорного элемента с верхним и нижним упорными элементами и размещенными между ними поочередно эластичными прокладками и промежуточными упорными шайбами позволяет под действием разницы давления в подпакерной и надпакерной зонах сжимать эластичные прокладки и за счет этого надежно и герметично отделять надпакерную зону от подпакерной, предотвращая перетечки среды из надпакерной зоны в подпакерную и за счет этого исключая снижение производительности установки. В то же время выполненные на промежуточных упорных шайбах выступы, расположенные при установке шайб в запорном элементе напротив друг друга, предотвращают пережатие эластичных прокладок, причем в крайнем, самом нежелательном варианте работы эластичная прокладка пережмется выше допускаемого предела только в месте расположения выступов. Выступы в этом случае упрутся друг в друга, остальная часть эластичной прокладки или эластичных прокладок сохранит свою работоспособность, а запорный элемент продолжит выполнение поставленной задачи. При этом в ходе проведения эксперимента было установлено, что высоты выступов от 0,1 до 0,3 от высоты эластичной прокладки достаточно, чтобы обеспечить надежную работу эластичной прокладки.

Дополнительные возможности достигаются при установке в корпусе запорного элемента с подпружиненным относительно корпуса клапаном. При этом, если осевой канал в запорном элементе позволяет устанавливать в подпакерной зоне различное технологическое или исследовательское оборудование, не нарушая при этом или, что особенно важно, создавая условия для повышения производительности установки, например, путем организации в скважине гидравлических ударов, что интенсифицирует откачку, то установка запорного элемента с обратным клапаном позволяет расширить возможности по проведению работ в скважине, например проведение кислотной обработки, без извлечения струйных насосов из скважины, что в конечном счете позволяет расширить номенклатуру проводимых работ в скважине и за счет уменьшения простоя скважины при переустановке оборудования повысить производительность и расширить объем проводимых исследований скважины.

Дальнейшее расширение объема проводимых исследований достигается путем установки на запорном элементе глубинного манометра, пробоотборника и расходомера, причем они могут быть связаны с наземным оборудованием кабелем, пропущенным через осевой канал, а полученные данные снимаются и по кабелю передаются к регистрирующему оборудованию, либо манометр, пробоотборник и расходомер работают в автономном режиме, а полученные данные снимаются при извлечении запорного элемента с установленным на нем оборудованием из скважины. При этом подъем колонны труб и струйного насоса не проводится, что также позволяет резко сократить простой скважины и за счет этого увеличить объем проводимых исследований с соответствующим увеличением производительности установки.

Таким образом, достигается выполнение поставленной в изобретении задачи - повышение надежности работы установки, повышение производительности установки и увеличение объема проводимых исследований.

На фиг. 1 представлен продольный разрез описываемой струйной скважинной установки, на фиг. 2 - продольный разрез установки с запорным элементом, снабженным обратным клапаном, на фиг. 3 - продольный разрез установки с запорным элементом, снабженным глубинным манометром, пробоотборником и расходомером.

Струйная скважинная установка содержит пакер 1 и установленный на колонне 2 труб струйный насос с корпусом 17, активным соплом 3, камерой смешения 4 и диффузором 5, а также с запорным элементом 6 с седлом 7. Седло 7 запорного элемента 6 выполнено в корпусе 17 струйного насоса. Запорный элемент 6 выполнен с осевым каналом 8. Корпус 17 снабжен несколькими посадочными местами для установки в них заглушек 9 или активных сопел 3 с камерами смешения 4 и диффузорами 5. Запорный элемент 6 выполнен в виде полого цилиндрического корпуса 10 с кольцевыми уплотнительными манжетами 11 со стороны внешней поверхности корпуса 10. В корпусе 10 запорного элемента 6 установлены верхний 12 и нижний 13 упорные элементы, между которыми размещены поочередно промежуточные упорные шайбы 14 и эластичные прокладки 15, причем на торцевых поверхностях шайб 14 выполнены выступы 16, высота которых составляет от 0,1 до 0,3 высоты (H) эластичной прокладки 15.

Установка может быть выполнена с запорным элементом 6, в корпусе 10 которого установлен подпружиненный относительно него обратный клапан 18.

Установка может быть выполнена с запорным элементом 6, на котором со стороны входа в струйный насос откачиваемой среды установлены глубинный манометр 19, пробоотборник 20 и расходомер 21.

Установка работает следующим образом.

Струйный насос струйной скважинной установки устанавливают на колонне 2 труб в скважине и затем приводят в рабочее положение пакер 1. После этого устанавливают запорный элемент 6, при этом в зависимости от варианта исполнения на запорном элементе 6 на кабеле или без него могут быть установлены глубинный манометр 19, пробоотборник 20 и расходомер 21. По колонне 2 труб в сопло 3 (или сопла, если струйный насос выполнен с несколькими установленными соплами с камерами смешения и диффузорами) подают эжектирующую среду, которая, истекая из сопла 3, создает в подпакерной зоне пониженное давление. В результате откачиваемая среда из скважины из ее подпакерной зоны начинает поступать в струйный насос. В камере 4 смешения образуется смесь откачиваемой и эжектирующей сред с передачей откачиваемой среде части кинетической энергии эжектирующей среды. Далее смесь сред поступает в диффузор 5, где кинетическая энергия смеси сред частично преобразуется в потенциальную энергию давления. Под созданным в струйном насосе давлении смесь сред истекает из струйного насоса в затрубное пространство колонны 2 труб, по которому смесь сред поступает из скважины потребителю. Одновременно, при подаче эжектирующей среды под напором в колонну 2 труб, под действием этого напора, который превышает давление в подпакерной зоне, разжимаются эластичные прокладки 5 в запорном элементе 6, что позволяет герметично разделить подпакерное пространство от надпакерного пространства колонны 2 труб.

При необходимости проведения работ в скважине, требующих разобщения надпакерного и подпакерного пространства, возможна установка запорного элемента 6 с обратным клапаном 18. В результате при остановке работы струйного насоса предотвращается переток среды из надпакерной зоны в подпакерную.

В ходе работы установки при помощи глубинного манометра 19, расходомера 21 и пробоотборника 20 проводится регистрация параметров работы скважины и исследуется состав откачиваемой из скважины среды.

Результаты испытаний показали, что использование описанной выше струйной скважинной установки позволяет сократить сроки испытаний скважин, что делает данную установку экономически привлекательной.

Установка предназначена для подъема подземных жидкостных сред. Корпус струйного насоса снабжен несколькими посадочными местами для установки заглушек или сопел с камерами смешения и диффузорами, запорный элемент выполнен в виде полого цилиндрического корпуса с кольцевыми уплотнительными манжетами со стороны внешней поверхности этого корпуса, а в цилиндрическом корпусе запорного элемента установлены верхний и нижний упорные элементы, между которыми размещены поочередно промежуточные упорные шайбы и эластичные прокладки. На торцевых поверхностях шайб выполнены выступы, высота которых составляет от 0,1 до 0,3 высоты эластичной прокладки. Другой вариант отличается тем, что корпус выполнен с установленным в нем подпружиненным относительно корпуса обратным клапаном. Третий вариант выполнения установки отличается тем, что на запорном элементе со стороны входа в струйный насос откачиваемой среды установлены глубинный манометр, пробоотборник и расходомер. В результате повышается надежность работы установки и ее производительность. 3 с.п. ф-лы, 3 ил.

1. Струйная скважинная установка, содержащая пакер и установленный на колонне труб струйный насос с корпусом, активным соплом, камерой смешения, диффузором и запорным элементом с седлом, причем седло запорного элемента выполнено в корпусе струйного насоса, а запорный элемент выполнен с осевым каналом, отличающаяся тем, что корпус струйного насоса снабжен несколькими посадочными местами для установки заглушек или сопел с камерами смешения и диффузорами, запорный элемент выполнен в виде полого цилиндрического корпуса с кольцевыми уплотнительными манжетами со стороны внешней поверхности этого корпуса, а в цилиндрическом корпусе запорного элемента установлены верхний и нижний упорные элементы, между которыми размещены поочередно промежуточные упорные шайбы и эластичные прокладки, причем на торцевых поверхностях шайб выполнены выступы, высота которых составляет 0,1 - 0,3 высоты эластичной прокладки. 2. Струйная скважинная установка, содержащая пакер и установленный на колонне труб струйный насос с корпусом, активным соплом, камерой смешения, диффузором и запорным элементом с седлом, причем седло запорного элемента выполнено в корпусе струйного насоса, отличающаяся тем, что корпус струйного насоса снабжен несколькими посадочными местами для установки заглушек или сопел с камерами смешения и диффузорами, а запорный элемент выполнен в виде полого цилиндрического корпуса с кольцевыми уплотнительными манжетами со стороны внешней поверхности корпуса, а в корпусе установлен подпружиненный относительно корпуса обратный клапан. 3. Струйная скважинная установка, содержащая пакер и установленный на колонне труб струйный насос с корпусом, активным соплом, камерой смешения, диффузором и запорным элементом с седлом, причем седло запорного элемента выполнено в корпусе струйного насоса, отличающаяся тем, что корпус струйного насоса снабжен несколькими посадочными местами для установки заглушек или сопел с камерами смешения и диффузорами, а запорный элемент выполнен в виде полого цилиндрического корпуса с кольцевыми уплотнительными манжетами со стороны внешней поверхности этого корпуса и в корпусе запорного элемента установлены верхний и нижний упорные элементы, между которыми размещены поочередно промежуточные упорные шайбы и эластичные прокладки, причем на торцевых поверхностях шайб выполнены выступы, а на запорном элементе со стороны входа в струйный насос откачиваемой среды установлены глубинный манометр, пробоотборник и расходомер.