ИЗВЛЕКАЕМЫЙ СТРУЙНЫЙ НАСОС Российский патент 2009 года по МПК F04F5/16 

Изобретение относится к устройствам, в которых поток текучей среды индуцируется за счет перепада давления под воздействием скоростного потока другой текучей среды, и может быть использовано при испытании, освоении и эксплуатации газовых и газоконденсатных скважин.

Известна скважинная струйная установка, содержащая колонну труб с посадочным седлом и установленный в колонне труб с возможностью осевого перемещения струйный насос с активным соплом, камерой смешения, диффузором и радиальным каналом для отвода смеси сред, при этом в колонне труб выполнены перепускные отверстия, а струйный насос снабжен срезным штифтом, закрепленным в колонне труб, при этом насос установлен в последней на срезном штифте выше посадочного седла [Авторское свидетельство СССР №1525342, МПК4 F04F 5/54, опубл. 31.03.1988].

Основным недостатком конструкции описанной струйной установки является то, что подача рабочего агента осуществляется по колонне насосно-компрессорных труб (далее - НКТ), а отвод смеси сред осуществляется по затрубному пространству. Подобная конструкция и принцип работы не приемлемы для использования в скважинах с продукцией, содержащей асфальтосмолопарафиновые компоненты.

Известна скважинная струйная установка, содержащая спускаемый струйный аппарат с активным соплом, камерой смешения, диффузором и корпусом. Колонна лифтовых труб снабжена корпусом с соосно выполненными внутренними ступенчато-посадочными расточками и седлом. Между верхней расточкой и седлом выполнены радиальные отверстия подвода активной среды. Корпус струйного аппарата выполнен в виде ступенчатой втулки с наружными кольцевыми выступами, в расточках которой расположено основное сопло с каналами подвода пассивной среды, камера смешения с дополнительным соплом - кольцевым зазором подвода активной среды дополнительного сопла и диффузором. Кольцевые зазоры основного и дополнительного сопл сообщены с общей камерой подвода активной среды, которая сообщена с подводом активной среды через радиальные отверстия. Струйный аппарат в сборе выполнен с разъемом и установлен в корпусе колонны лифтовых труб с возможностью установки и извлечения его на кабеле и выполнен опирающимся, по крайней мере, одним из наружных кольцевых выступов корпуса струйного аппарата установки на опорное седло корпуса колонны [Патент РФ №2171920, МПК⁷ F04F 5/14, опубл. 10.08.2001].

При анализе полного описания указанной установки выявлено, что в ней не решена задача, касающаяся обеспечения надежности крепления струйного насоса в колонне лифтовых труб, также отсутствуют признаки, характеризующие конструктивные элементы, предназначенные для удержания столба откачиваемой среды в случае остановки подачи рабочего агента. Считаем данные обстоятельства серьезными недостатками.

Известна струйная скважинная насосная установка, предназначенная для перекачивания жидких сред из скважин. Установка содержит колонну насосно-компрессорных труб с пакером и размещенный в ней струйный насос. Колонна труб снабжена пусковым клапаном и цанговым замком. Струйный насос выполнен съемным и снабжен корпусом с уплотнительными элементами и посадочным местом для взаимодействия с цанговым замком [Патент РФ №2121084, МПК⁶ F04F 5/02, опубл. 27.10.1998].

Недостатком установки является ограниченность ее использования, заключающаяся в применении только на скважинах, вскрывающих не менее двух продуктивных горизонтов, причем верхний должен быть высокого давления, а нижний - низкого. При использовании струйного аппарата описываемой установки для откачки флюида из скважины с одним продуктивным пластом и с подачей рабочего агента в затрубное пространство необходимо дооборудование струйного насоса элементами, предназначенными для удержания столба откачиваемой среды в случае остановки подачи рабочего агента. При этом конструкция цангового замка такова, что возможно заклинивание струйного насоса при его извлечении.

Задачей заявляемого нами изобретения является устранение описываемых выше недостатков за счет безотказной реализации назначения каждого из конструктивных элементов струйного насоса в их взаимосвязи и взаимозависимости и, как следствие, повышение надежности в работе. Технический результат - расширение арсенала технических средств.

Поставленная задача в извлекаемом струйном насосе, включающем корпус с выполненными в нем отверстиями, обратный клапан, каналы подвода и отвода пассивной и активной сред, активное сопло, приемную камеру, камеру смешения, диффузор, цанговый механизм со срезным штифтом, решается тем, что струйный насос содержит распределитель потоков, выполненный с радиальными каналами и центральным каналом подвода активной среды, с периферийными осевыми каналами пассивной среды и с установленным в нем активным соплом, патрубок, соединяющий распределитель с камерой смешения, к которой присоединяется диффузор, и образующий приемную камеру, при этом верхняя часть струйного насоса состоит из кармана, штока и цанги, где карман, выполняющий функцию переходника и соединяющий диффузор со штоком, выполнен с радиальными отверстиями для выхода продукции скважины и проточкой для размещения цанги в рабочем состоянии и в момент извлечения струйного насоса, а шток, соединенный с цангой срезным штифтом, снабжен головкой для захвата ловильным инструментом, а также обратный клапан с седлом, размещенный во внутренней проточке регулятора потоков, соединенного с распределителем потоков.

Предлагаемое нами изобретение содержит следующие существенные отличительные признаки:

- распределитель потоков, выполненный с радиальными каналами и центральным каналом подвода активной среды, с периферийными осевыми каналами пассивной среды и с установленным в нем активным соплом;

- патрубок, соединяющий распределитель с камерой смешения, к которой присоединяется диффузор, и образующий приемную камеру;

- верхняя часть струйного насоса состоит из кармана, штока и цанги, где карман, выполняющий функцию переходника и соединяющий диффузор со штоком, выполнен с радиальными отверстиями для выхода продукции скважины и проточкой для размещения цанги в рабочем состоянии и в момент извлечения струйного насоса, а шток, соединенный с цангой срезным штифтом, снабжен головкой для захвата ловильным инструментом;

- обратный клапан с седлом, размещенный во внутренней проточке регулятора потоков, соединенного с распределителем потоков.

Перечисленные выше существенные отличительные признаки нам были неизвестны из источников патентной и научно-технической информации, поэтому мы можем утверждать, что заявленное нами изобретение соответствует условию патентоспособности изобретения «Новизна».

Заявленное нами изобретение в описанной выше совокупности признаков является неочевидным для специалиста в указанной выше области техники, поэтому мы считаем, что оно соответствует условию патентоспособности изобретения «Изобретательский уровень».

Для реализации заявленного изобретения нами разработана необходимая техническая документация (в том числе рабочие чертежи), моделирование работы извлекаемого струйного насоса производилось пошаговым вычерчиванием процессов его монтажа и извлечения с расчетным подтверждением необходимых усилий. На основании проведенных исследований мы можем утверждать, что заявленное изобретение может быть легко реализовано на конкретных производственных объектах и соответствует условию патентоспособности изобретения «Промышленная применимость».

Изобретение поясняется графическим материалом, где на фиг.1 изображен извлекаемый струйный насос в момент, когда он установлен в корпусе, на фиг.2 цанговый механизм со срезным штифтом, на фиг.3 регулятор потоков с обратным клапаном.

Описание извлекаемого струйного насоса, смонтированного на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) с пакером.

На колонне НКТ 1 смонтированы пакер 2, корпус струйного насоса 3, в котором выполнены отверстия 4, соединяющие затрубное пространство и внутреннюю полость струйного насоса, и переходник 5, соединяющий корпус 3 с НКТ 1. Между корпусом 3 и переходником 5 установлено кольцо 6 для фиксации извлекаемого струйного насоса. Струйный насос содержит распределитель потоков 7, выполненный с радиальными каналами 8 и центральным каналом 9 подвода рабочего газа, с периферийными осевыми каналами пассивного газа 10 и установленным в нем активным соплом 11. Патрубок 12, соединяющий распределитель потоков 7 с камерой смешения 13, образует приемную камеру 14. Последовательно к патрубку 12 присоединяются камера смешения 13 и диффузор 15. Верхняя часть струйного насоса состоит из кармана 16, штока 17 и цанги 18. Шток 17 и цанга 18 жестко соединены срезным штифтом 19. Карман 16 выполняет функции переходника, соединяющего диффузор 15 со штоком 17, в нем выполнены радиальные отверстия 20 для выхода продукции скважины и проточка 21 для размещения цанги 18 в рабочем состоянии и в момент извлечения струйного насоса. В верхней части штока 17 выполнена головка 22 для захвата ловильным инструментом. В нижней части струйного насоса помещен обратный клапан 23 с седлом 24, который устанавливается во внутренней проточке 25 регулятора потоков 26, соединенного с распределителем потоков 7. Внутренняя проточка 25, выполненная в регуляторе потоков 26, позволяет перемещать вверх струйный насос при закрытом обратном клапане 23 на нужную высоту, т.е. до момента открытия радиальных отверстий 27 регулятора потоков 26 и отверстий 28 седла 24 обратного клапана 23, выравнивающих давление над и под струйным насосом. Герметизация струйного насоса в корпусе 1 осуществляется уплотнительными манжетами 29.

Работа извлекаемого струйного насоса основана на использовании энергии газа, закачиваемого под высоким давлением по затрубному пространству в струйный насос для подъема продукции скважины на поверхность и транспорта в систему сбора газа. Конструктивные особенности струйного насоса заключаются в возможности спускать насос путем свободного падения, на проволоке, и извлекать с применением канатной техники. Конструкция насоса позволяет менять быстроизнашивающиеся детали без подъема НКТ.

Устройство устанавливается в скважине следующим образом. Корпус 3 спускается на НКТ совместно с пакером 2 на заданную глубину. Струйный насос под действием собственного веса спускается до корпуса 3. Под действием давления, создаваемого в НКТ, производится посадка струйного насоса в гнездо корпуса 3 и фиксирование в нем при помощи цанги 18. Перья цанги 18 при прохождении через кольцо 6 сжимаются и, пройдя через него, принимают исходное положение. Цанга 18 упирается буртами в кольцо 6 и удерживает струйный насос в корпусе 3. Рабочий газ высокого давления подается в затрубное пространство. Через радиальные каналы 8 в корпусе 3, центральный канал 9 распределителя потоков 7 и активное сопло 11 рабочий поток поступает в приемную камеру 14. При прохождении рабочего газа через активное сопло 11 в приемной камере 14 создается разрежение, передающееся через периферийные каналы 10 распределителя потоков 7, проходное отверстие седла 24 обратного клапана 23 в подпакерное пространство, и обеспечивается депрессия на пласт. При работающем струйном насосе обратный клапан 23 открыт. Пластовый флюид, поступающий из скважин через обратный клапан 23, периферийные каналы 10 распределителя потоков 7, приемную камеру 14, увлекаемый рабочим потоком, поступает в камеру смешения 13, в которой происходит смешивание и энергообмен между взаимодействующими потоками. Далее смешанный поток поступает в диффузор 15, в котором, за счет плавного замедления скорости потока, происходит рост давления до величины, необходимой для подъема продукции на поверхность. В момент остановки закачки рабочего газа обратный клапан 23 закрывается, а в подпакерном пространстве сохраняется пониженное давление, созданное при работе струйного насоса. Одновременно в подпакерном пространстве начинается процесс восстановления давления за счет энергии пласта.

Струйный насос извлекается при помощи ясса. Ударом вверх срезается штифт 19. За головку 22 производится подъем струйного насоса. Цанга 18, упираясь в кольцо 6, задвигается в карман 16, где сжимается и освобождает струйный насос от фиксации (фиг.2).

При извлечении струйного насоса обратный клапан 23, ввиду перепада давления, закрыт. Струйный насос совместно с регулятором потоков 26 приподнимается вверх (фиг.3) до открытия радиальных отверстий 27. При этом газ из затрубного пространства перемещается по отверстиям 27 регулятора потоков 7 и отверстию 28 седла 24 в подпакерное пространство, выравнивается давление над и под струйным насосом, и обратный клапан 23 не препятствует его извлечению.

Насос предназначен для испытаний, освоений и эксплуатации газовых и газоконденсатных скважин. Насос содержит корпус, в котором выполнены отверстия и переходник, соединяющий корпус с колонной насосно-компрессорных труб. Между корпусом и переходником установлено кольцо для фиксации извлекаемого струйного насоса. Струйный насос содержит распределитель потоков, выполненный с радиальными каналами и центральным каналом подвода рабочего газа, с периферийными осевыми каналами пассивного газа и установленным в нем активным соплом. Патрубок с камерой смешения образует приемную камеру. Последовательно к патрубку присоединяются камера смешения и диффузор. Верхняя часть струйного насоса состоит из кармана, штока и цанги. Шток и цанга жестко соединены срезным штифтом. Карман выполняет функции переходника, соединяющего диффузор со штоком, в нем выполнены радиальные отверстия для выхода продукции скважины и проточка для размещения цанги в рабочем состоянии и в момент извлечения струйного насоса. В верхней части штока выполнена головка для захвата ловильным инструментом. В нижней части струйного насоса помещен обратный клапан с седлом, который устанавливается во внутренней проточке регулятора потоков, соединенного с распределителем потоков. Внутренняя проточка позволяет перемещать вверх струйный насос при закрытом обратном клапане на нужную высоту. Технический результат - расширение арсенала технических средств. 3 ил.

Извлекаемый струйный насос, включающий корпус с выполненными в нем отверстиями, обратный клапан, каналы подвода и отвода пассивной и активной сред, активное сопло, приемную камеру, камеру смешения, диффузор, цанговый механизм со срезным штифтом, отличающийся тем, что содержит распределитель потоков, выполненный с радиальными каналами и центральным каналом подвода активной среды, с периферийными осевыми каналами пассивной среды и с установленным в нем активным соплом, патрубок, соединяющий распределитель с камерой смешения, к которой присоединяется диффузор, и образующий приемную камеру, при этом верхняя часть струйного насоса состоит из кармана, штока и цанги, где карман, выполняющий функцию переходника и соединяющий диффузор со штоком, выполнен с радиальными отверстиями для выхода продукции скважины и проточкой для размещения цанги в рабочем состоянии и в момент извлечения струйного насоса, а шток, соединенный с цангой срезным штифтом, снабжен головкой для захвата ловильным инструментом, а также обратный клапан с седлом, размещенный во внутренней проточке регулятора потоков, соединенного с распределителем потоков.