СКВАЖИННАЯ СТРУЙНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2019 года по МПК F04F5/54 

СКВАЖИННАЯ СТРУЙНАЯ УСТАНОВКА

Изобретение относится к области насосной техники, а именно к скважинным струйным насосным установкам для освоения боковых стволов нефтяных и газовых скважин, добыче нефти или газа.

Известна скважинная струйная установка, содержащая смонтированный на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) корпус, в котором выполнены, по меньшей мере, одно перепускное окно, посадочное место под вставной струйный насос, подвижная в осевом направлении втулка, установленная с возможностью перекрытия и открытия перепускного окна (блокирующая втулка), и ограничивающая перемещение блокирующей втулки расточка, а также содержащая вставной струйный насос, выполненный с возможностью установки на посадочное место в корпусе и с возможностью смещающего воздействия на блокирующую втулку, отличающаяся тем, что корпус и/или выполненная в нем расточка снабжены пазом (пазами), а блокирующая втулка снабжена фиксатором (фиксаторами), выполненными с возможностью фиксации в пазах корпуса и/или расточки и удержания блокирующей втулки в положении перекрытия перепускного окна (окон) при отсутствии вставного струйного насоса (насосной вставки), установка укомплектована ловителем для возврата блокирующей втулки в исходное положение (патент на полезную модель РФ № 147342, опубл. 10.11.2014г.).

В результате патентных исследований также выявлены следующие технические решения, которые были учтены при предварительной оценке заявляемого технического решения по критерию «новизна»: W02010143993, патент на изобретение РФ № 2282760.

Наиболее близким техническим решением по заявляемой совокупности признаков является скважинная струйная установка, содержащая установленную в колонне насосно-компрессорных труб на гибкой насосно-компрессорной трубе (ГНКТ) компоновку оборудования, включающую соединенные между собой и последовательно расположенные снизу вверх: кавитатор, участок ГНКТ, пакер с осевым проходным каналом, опору, в которой выполнены перепускной канал с установленным в нем обратным клапаном и осевой канал с посадочным местом, на котором установлен эжекторный насос, в корпусе которого выполнен продольный проходной канал с двумя посадочными местами и, одно из которых меньшего размера расположено ниже канала подвода в эжекторный насос откачиваемой из скважины среды, а другое большего размера - выше канала подвода в эжекторный насос откачиваемой из скважины среды. Кроме того, в корпусе эжекторного насоса установлены сопло и камера смешения с диффузором, а в нижней части эжекторного насоса установлен автономный манометр. Струйная установка выполнена с возможностью сбрасывания через ГНКТ в проходной канал корпуса эжекторного насоса двух шариков и, причем сначала меньшего диаметра, а следом - большего диаметра, при этом шарик меньшего диаметра устанавливают в проходном канале корпуса эжекторного насоса на посадочном месте меньшего размера для выполнения функции обратного клапана, а шарик большего диаметра устанавливают в проходном канале эжекторного насоса на посадочное место большего размера для перекрытия проходного канала и, как следствие, перевода эжекторного насоса в рабочее состояние (патент на изобретение РФ № 2392503, опубл. 20.06.2010г.).

Конструкция известного устройства не позволяет его использование в хвостовиках малого диаметра, т.к. оно характеризуется большими габаритными размерами.

Техническая задача- расширение ассортимента скважинных струйных установок для их использования в хвостовиках малого диаметра.

Технический результат заявляемого изобретения - обеспечение эффективной работы скважинных струйных установок в хвостовиках малого диаметра.

Техническая задача достигается тем, что скважинная струйная установка содержит цилиндрический корпус, выполненный с возможностью присоединения его к колонне насосно-компрессорных труб (НКТ), имеющий сквозное осевое отверстие и каналы, обратный клапан, эжекторный насос, содержащий сопло, камеру смешения с диффузором, установка выполнена с возможностью сбрасывания в осевое отверстие шарика в предусмотренное для него посадочное место для перевода эжекторного насоса в рабочее состояние, причем в сквозном отверстии корпуса, с возможностью осевого перемещения установлена втулка, имеющая в своей средней части наружную проточку, в пределах которой выполнено по крайней мере одно боковое отверстие, соединяющее проточку с внутренним отверстием втулки, в верхней части втулки выполнено посадочное место для внешнего элемента, который в рабочем положении перекрывает сквозное осевое отверстие втулки для обеспечения рабочего положения эжекторного насоса, причем втулка зафиксирована в цилиндрическом корпусе при помощи разрушающегося крепления, в нижней части сквозного осевого отверстия имеется выступ для опирания на него втулки, причем сопло эжекторного насоса соединено через полость нагнетания с перепускным каналом, а диффузор с выходной полостью корпуса, при этом полость нагнетания соединена с верхней частью сквозного отверстия втулки, полость над седлом обратного клапана соединена каналом с камерой смешения, а полость под седлом соединена дополнительным каналом со средней частью сквозного отверстия.

В качестве внешнего элемента предпочтительно используют шар.

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом показывает, что оно отличается следующими признаками:

- в сквозном отверстии корпуса, с возможностью осевого перемещения установлена втулка;

- втулка имеет в своей средней части наружную проточку;

- в наружной проточке выполнено, по крайней мере, одно боковое отверстие соединяющее проточку с внутренним отверстием втулки;

- в верхней части втулки выполнено посадочное место для внешнего элемента, который в рабочем положении перекрывает сквозное осевое отверстие втулки для обеспечения рабочего положения эжекторного насоса;

- втулка зафиксирована в цилиндрическом корпусе при помощи разрушающегося крепления;

- в нижней части сквозного осевого отверстия имеется выступ для опирания на него втулки;

- сопло эжекторного насоса соединено через полость нагнетания с перепускным каналом;

- диффузор соединен с выходной полостью корпуса;

- полость нагнетания соединена с верхней частью сквозного отверстия втулки;

- полость над седлом обратного клапана соединена каналом с камерой смешения;

- полость под седлом соединена со средней частью сквозного отверстия дополнительным каналом.

Поэтому можно предположить, что заявляемое изобретение соответствует критерию «новизна».

Изобретение может быть реализовано с использованием известного технологического оборудования и известных технических средств, поэтому оно соответствует критерию «промышленная применимость».

Изобретательский уровень заявляемого технического решения обусловлен следующим.

Заявляемая скважинная струйная установка по существу представляет собой скважинный малогабаритный струйный насос (наружный диаметр от 80 мм). Это свойство позволяет устанавливать насос непосредственно в хвостовиках малого диаметра (наружный диаметр хвостовика от 102 мм) нефтяных и газовых скважин. При этом размещение скважинной струйной установки в непосредственной близи от продуктивного пласта позволяет производить технологические операции более эффективно, в частности становится возможным создание значительных величин депрессии на пласт – вплоть до депрессии с величиной, равной величине пластового давления. Ближайшие технические аналоги заявляемого устройства устанавливаются в материнской колонне большого диаметра на значительном удалении от пласта из-за чего, вследствие различных гидравлических потерь, достичь требуемого эффекта не удаётся. Использование шарика в качестве внешнего элемента позволяет гарантированно привести установку в рабочее положение за счёт свободного перемещения шарика потоком жидкости и за счёт его сферической формы. При этом обеспечивается возможность использования заявляемой установки при обработке горизонтальных хвостовиков или даже хвостовиков с отрицательным уклоном, где невозможно использование различного рода цилиндрических вставок, сбрасываемых с поверхности. Это обусловлено тем, что цилиндрические вставки имеют большую поверхность трения при перемещении внутри труб НКТ. Кроме того, в отличие от шара, цилиндрическая форма препятствует свободному перекатыванию. Использование втулки позволяет расширить функционал заявляемой установки и в дополнение к откачке жидкости, позволяет проводить предварительную закачку жидкости через данную втулку, минуя остальные каналы установки.

При проведении патентно-информационных исследований заявляемая совокупность признаков выявлена не была, поэтому заявляемое техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень».

На Фиг.1 показана скважинная струйная установка в исходном положении, на Фиг.2 показана скважинная струйная установка в рабочем положении.

Скважинная струйная установка состоит из цилиндрического корпуса 1 со сквозным отверстием 2, в котором с возможностью осевого перемещения установлена втулка 3, имеющая в своей средней части наружную проточку 4 меньшего диаметра, в пределах которой выполнено, по крайней мере, одно боковое отверстие 5, соединяющее проточку с внутренним отверстием 6 втулки 3. Так же в верхней части втулки 3 выполнено посадочное место 7 для внешнего элемента 8, предпочтительно выполненного в виде шара (Фиг.2), перекрывающего отверстие 6 втулки 3 в рабочем положении установки. Втулка 3 зафиксирована в корпусе 1, например, разрушающимся креплением 9. Между контактирующими поверхностями втулки и корпуса установлены уплотнения 10. В нижней части отверстия 2 корпуса 1 имеется выступ 11 для опирания на него втулки 3. Так же в корпусе 1 установлены с образованием камеры смешения 12, полости нагнетания 13 и выходной полости 14 сопло 15 и диффузор 16. Полость нагнетания 13 соединена с верхней частью сквозного отверстия 2 перепускным каналом 17. Выходная полость 14 сообщается с затрубным пространством. В корпусе 1 установлен как минимум один обратный клапан, состоящий из седла 18 и расположенного над ним шарика 19. Полость 20 над седлом соединяется с камерой смешения 12 каналом 21, а полость 22 под седлом соединяется со средней частью сквозного отверстия 2 дополнительным каналом 23. В положении соответствующем прокачке жидкостей через установку в пласт (см. Фиг. 1), втулка 3 верхней уплотнённой частью перекрывает перепускной канал 17 к полости нагнетания 13, а нижней уплотнённой частью – дополнительный канал 23 к полости 22 под седлом. В рабочем положении установки, соответствующем отбору жидкости из пласта (см. Фиг. 2), отверстие 6 втулки 3 перекрыто внешним элементом 8, выполненным, например, в виде шара, втулка 3 находится в крайнем нижнем положении, опираясь на выступ 11, при этом перепускной канал 17 к полости нагнетания 13 открыт, дополнительный канал 23 к полости под седлом 22 сообщается через проточку 4 и боковое отверстие 5 с областью пониженного давления. Области повышенного и пониженного давления разделены внешним элементом 8.

Заявляемая установка работает следующим образом:

В положении соответствующем прокачке жидкости в пласт (хим. обработка), втулка 3 находится в верхнем положении, герметично перекрывая собой все остальные каналы. При этом прокачиваемая жидкость проходит через втулку 3 насквозь сверху вниз. От смещения потоком жидкости, втулку 3 предохраняет разрушающееся крепление 9.

Для приведения заявляемой установки в рабочее положение с поверхности скважины в трубы НКТ сбрасывают внешний элемент 8 (например, шарик), который садится в посадочное место 7 в верхней части втулки 3. После этого, нагнетанием давления в трубы НКТ смещают втулку 3 в нижнее положение. При этом для тока жидкости открываются перепускной канал 17 и дополнительный канал 23.

Рабочая жидкость, попадая в корпус 1, проходит над втулкой 3 и внешним элементом 8 и попадает в перепускной канал 17, ведущий в полость нагнетания 13, далее через сопло 15 через камеру смешения 12 рабочая жидкость проходит через диффузор 16 и через выходную полость 14 достигает затрубного пространства, поднимаясь далее на поверхность.

При прохождении с большой скоростью рабочей жидкости через камеру смешения 12 в диффузор 16, в камере смешения 12 создаётся разрежение или эжекция. В результате жидкость химобработки начинает двигаться в сторону пониженного давления в камере смешения 12, проходя снизу через отверстие 6 втулки 3, боковое отверстие 5, дополнительный канал 23, далее в полость 22 и через канал 21 попадает в камеру смешения 12, где смешивается с рабочей жидкостью и вместе с ней через диффузор 16 и выходную полость 14 попадает в затрубное пространство.

Наличие седла 18 и шарика 19 для него, в совокупности представляющих из себя обратный клапан, позволяют после остановки нагнетания рабочей жидкости обеспечить возможность записи кривой восстановления давления, например, с помощью автономных манометров. При этом созданная на пласт депрессия не исчезает мгновенно.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет обеспечить эффективную работу заявляемой установки в хвостовиках малого диаметра с созданием депрессии на пласт, практически равной по величине пластовому давлению.

Изобретение относится к области насосостроения, а именно к скважинным струйным насосным установкам для освоения боковых стволов нефтяных и газовых скважин. Установка состоит из цилиндрического корпуса 1 со сквозным отверстием 2, в котором с возможностью осевого перемещения установлена втулка 3, имеющая в своей средней части наружную проточку 4 меньшего диаметра. В проточке выполнено одно боковое отверстие 5, соединяющее проточку с внутренним отверстием 6 втулки 3. В верхней части втулки 3 выполнено посадочное место 7 для внешнего элемента 8, выполненного в виде шара. Втулка 3 зафиксирована в корпусе 1 разрушающимся креплением 9. Между контактирующими поверхностями втулки и корпуса установлены уплотнения 10. В нижней части отверстия 2 корпуса 1 имеется выступ 11 для опирания на него втулки 3. В корпусе 1 установлены с образованием камеры смешения 12, полости нагнетания 13 и выходной полости 14, сопло 15 и диффузор 16. Полость нагнетания 13 соединена с верхней частью сквозного отверстия 2 перепускным каналом 17. Выходная полость 14 сообщена с затрубным пространством. Полость 20 над седлом соединена с камерой смешения 12 каналом 21. Полость 22 под седлом соединена со средней частью сквозного отверстия 2 дополнительным каналом 23. Обеспечивается эффективная работа скважинных струйных установок в хвостовиках малого диаметра. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Скважинная струйная установка, содержащая цилиндрический корпус, выполненный с возможностью присоединения его к колонне насосно-компрессорных труб, имеющий сквозное осевое отверстие и каналы, обратный клапан, эжекторный насос, содержащий сопло, камеру смешения с диффузором, установка выполнена с возможностью сбрасывания в осевое отверстие шарика в предусмотренное для него посадочное место для перевода эжекторного насоса в рабочее состояние, отличающаяся тем, что в сквозном отверстии корпуса, с возможностью осевого перемещения установлена втулка, имеющая в своей средней части наружную проточку, в пределах которой выполнено по крайней мере одно боковое отверстие, соединяющее проточку с внутренним отверстием втулки, в верхней части втулки выполнено посадочное место для внешнего элемента, который в рабочем положении перекрывает сквозное осевое отверстие втулки для обеспечения рабочего положения эжекторного насоса, причем втулка зафиксирована в цилиндрическом корпусе при помощи разрушающегося крепления, в нижней части сквозного осевого отверстия имеется выступ для опирания на него втулки, причем сопло эжекторного насоса соединено через полость нагнетания с перепускным каналом, а диффузор с выходной полостью корпуса, при этом полость нагнетания соединена с верхней частью сквозного отверстия втулки, полость над седлом обратного клапана соединена каналом с камерой смешения, а полость под седлом соединена дополнительным каналом со средней частью сквозного отверстия.

2. Скважинная струйная установка по п. 1, отличающаяся тем, что обратный клапан образован седлом с шариком.

3. Скважинная струйная установка по п. 1, отличающаяся тем, что внешний элемент для перекрытия сквозного осевого отверстия втулки выполнен в виде шара.