Глубинный поршневой насос Советский патент 1979 года по МПК F04B47/00 F04B19/02 

(54) ГЛУБИННЫЙ ПОРШНЕВОЙ., НАСОС

1

Изобретение относится к глубиннонасосной эксплуатации скважин, в частности, к глубинным поршневым насосам и испытателям нефтеносных, газовых и водоносных пластов при гидрогеологических исследованиях скважин.

Оно может использоваться при ненапорных и малонапорных режимах работы пласта. В этом случае возбуждение притока пластового флюида осуществляется созданием депрессии на пласт путем откачки из него жидкости с производительностью, большей производительности пласта. Если таким путем возбудить приток не удается, то создают переменные по величине гидравлические нагрузки на призабойную зону пласта или депрессию на пласт (гидроразрыв, кислотную обработку и т. п.) путем закачки в него жидкости.Известен глубинный поршневой насос двойного действия, применяемый с испыта телём пластовдля откачки Жидкости, со-, держащий корпус, подвижный цилиндр, неподвижный полый шток с поршнем, систему каналов и запорный орган. Насос производит откачку объемов жидкости, заключенных

между цилиндром и штоком (при ходе вверх), и внутри цилиндра (при ходе вниз) 1.

Та.кой насос не решает пробле.мы увеличения производительности по сравнению с устройствами .одинарного действия, так как для превращения его в насос двойного действия нужно применять второй ряд труб. При этом объемы жидкости, откачиваемые как при ходе штока вверх, так и вниз, резко уменьшаются ввиду того, что наружный диаметр устройства, регламентируемый внутренним диаметром обсадной колонны, остался неизменным. В результате этого производительность устройства не только не возрастет , но даже несколько уменьшается.

Кроме того, данному устройству присущи следующие недостатки-.

невозможность создания депрессии на призабойную зону пласта (гидроразрыв, кислотную обработку и т. п.) путем закачки жидкости в пласт;

невозможность создания переменного гидравлического нагружения призабойной зоны пласта с целью разрушения кальматационного слоя в процессе возбуждения притока;отсутствие свободного осевого канала, что исключает применение глубинных приборов на кабеле для дистанционного контроля параметров пласта в процессе выполнения технологических операций по возбуждению притока. Цель изобретения - обеспечение возможности закачки жидкости в пласт и создания переменных гидравлических нагрузок на призабойную зону при постоянном дистанционном контроле параметров пласта в процессе выполнения этих технологических операций. Указанная цель достигается тем, что запорный орган выполнен в виде цилиндра cq сквозным центральным каналом, через который пропущен кабель, и снабжен уплотнительными цилиндрическими поясками со ступенчатыми проточками между ними, каждый из которых имеет осевые каналы с перекрывающими их клапанами, причем в полом штоке над и под поршнем выполнены радиальные отверстия, и в полости над поршнем установлен кольцевой подпружиненный клапан для перекрытия соответствующих радиальных отверстий, а полости, над и под поршнем сообщены через указанные радиальные отверстия и осевые каналы с полостью над запорным органом. На фиг. 1 изображен насос в процессе откачки жидкости из пласта; на фиг. 2 то же, в процессе закачки жидкости в пласт. Глубинный поршневой насос к испытателю пластов для откачки жидкости содержит корпус 1 с насосным узлом 2, включаюП1им поршень 3 с полым штоком 4, в кото;рам размещен запорный орган 5, выполненный в виде цилиндра с центральным каналом 6,.через который пропущен кабель 7, и снабженный уплотнительны.ми цилиндрическими поясками 8, 9 и 10, со ступенчатыми проточками - верхней 1 и нижней 12 - между ними, каждый из которых имеет осевые каналы 13, 14, 15 и 16. Клапаны 17 и 18 перекрывают осевые каналы 13 и 14, а клапаны 19 и 20 перекрывают осевые каналы 15 и 16. В полом штоке в полостях 21 и 22 над и под порщнем выполнены радиальные отверстия 23, 24, 25 и 26, 27 соответственно. В полости 21 над порщнем установлен кольцевой подпружиненный клапан 28 для перекрытия радиальных отверстий 23, 24 и 25, расположенных над порщнем. Долрсти над и под поршнем сообщены через указанные радиальные отверстия 23, 24, 25, 26 и осевые каналы с верхней полостью 29 над запорным органом, который разделяет полость штока на указанную полость (29) и нижнюю полость 30. Корпус 1 имеет щесть внутренних перегородок. Между перегородками 3.1 и 32 размещен насосный узел 2. Между перегородками 33 и 34 размещено гидравлическое реле времени 35. Между перегородками 34 и 36 смонтировано клиновое якорное устройство, состоящее из клина 37 и трех сухарей 38. клин 37 может воздействовать шток 39 гидравлического реле времени, который, в свою очередь, выполнен с возможностью взаимодействия со штоком 4 насоса после того, как последний пройдет рабочий ход откачки (закачки), а сухари 38 соединены с клином 37 замком типа «ласточкин хвост и размеш,ень в соответствующих прорезях корпуса 1. Между перегородками 36 и 40 размешен узел гидравлического уравновешивания нагрузок, действуюших на корпус 1. На кабеле 7 в скважину опускается глубиЕшый прибор с дистанционным управлением. В верхней части запорного органа 5 размещено устройство 41 для герметизации кабеля глубинного прибора, а в нижней - подпружиненные шаровые фиксаторы 42 и распорная втулка 43 с пружиной 44. На внутренней поверхности штока 4 выполнена цытрчка 45 для фиксатора 42. Клапан 28 имеет пружину 46. Устройство работает следующим обраПосле спуска комплекта испытательного оборудования на заданную глубину и упора его в забой (или ввода автоматического якоря) корпус 1 останавливается, а шток 4. под действием веса вышерасположенной колонны насосно-компрессорных труб продолжает двигаться вниз, и, пройдя рабочий ход откачки (закачки), упирается своим уступом в шток 39 реле времени, передавая свою нагрузку при дальнейшем совместном их дв 1жении вниз корпусу 1 и нижележащим узлам комплекта испытательного оборудования. Происходит выборка всех свободных ходов этих узлов и максимально возможное их нагружение, необходимое для надежной пакеровки. При дальнейшем совместном движении вниз штоков 4 и 39 последний упирается в клин 37 якорного устройства и перемещает его вниз, что приводит к выдвижению сухарей 38 вплоть до плотного зацепления их с обсадной колонной, Для осуществления огкачки жидкости из пласта и дистанционной записи изменения динамического уровня производится сборка и спуск запорного органа 5 в варианте «откачка с дистанционным глубинным приборо.м (см. фиг. I). После подхода шаровых фиксаторов 42 к уступу на штоке 4 пружина сжимается, шаровые фиксаторы 42 сходят с выступа на распорной втулке 43 и ута.пливаются, что дает возможность запорному органу 5 продолжить свое движение вниз до посадки на уступ в щтоке 4. В этом положении выступ на распорной втулке 43 устанавливается против выточки 45 в щтоке 4, что дает возможность пружине ввести шаровые фиксаторы 42 в эту выточку. Происходит фиксация запорного органа 5 в штоке 4.Откачка жидкости из пласта,осуществляется при заякоренном корпусе 1 после посадки запорного органа 5 на уступ штока 4 йутем возвратно-поступательных перемещений последнего в пределах рабочего хода. Нижней мертвой точкой рабочего хода откачки является крайнее положение штока 4, при котором он еще не упирается в щток 39 гидравлич,еского реле времени. При ходе щтока 4 вниз жидкость из полости 22 под порщнем насосного узла через радиальное отверстие 27 проходит в нижнюю проточку 12 запорного органа, закрывает клапан 17, и, открыв клапан 19, через осевой канал J.5 проходит в полость 29 щтока 4 над запорным органом. Одновременно за счет создания разрежения в надпорщневойполости 21 насосного узла жидкость из нижней полости 30 щтока 4 (из пласта) через канал 14, приподняв клапан 18, через отверстие 24 поступает в надпорщневую полость 21 насосного узла. При ходе штока 4 вверх жидкость из надпорщневой полости 21 насосного узла через отверстие поступает в верхнюю проточку 11 запорного органа 5, закрывает клапан 18, и, открыв клапан 20, через канал 15 проходитв верхнюю полость 29 щтока 4. Одновременно за счет создания разрежения в подпоршневой полости насосного узла жидкость из нижней полости 30 щтока 4 (из пласта) через канал, приподняв клапан 17, через отверстие 26 поступает в подпорщневую полость 22 насосного узла. В дальнейщем процесс повторяется. Откачка жидкости при производительности большей, чем производительность пласта, вызывает депрессию на пласт и пр.иводит к его возбуждению. Для осуществления ттеременных гидравлических нагрузок на пласт в процессе откачки с целью разрущения его кальматационного слоя щток перемещается от нижней мертвой точки рабочего хода откачкидо положения «вверх до упора и обратно. В . этому случае при движении штока в пределах рабочего хода производится откачка и давление на пласт падает. При движении щтока от верхней мертвой точки до упОра вверх кольцевой клапан 28 упирается в корпус 1, и, сжав свою пружину 46, открывают отверстия 23 и 25. Гидростатическое Давление жидкости в верхней полости 29 щтока 4 через отверстие 23, надпорщневую полость 21 насосного узла, отверстие 25, нижнюю проточку 12 запорного органа 5, отверстие 26, подпоршневую полость 22 насосного узла и отверстие 27 передается на пласт. При последующем движении щтока 4 вниз кольцевой клапан 28 под действием своей пружины 46 перекрывает отверстии 23 и 25 и снова начинается откачка жидкости из пласта и давление на него падает. Таким же образом можно производить промывку скважины без извлечения запорного органа. Переменные нагрузки в процессе откачки возникают потому,что в пласте создаются упругие колебания за счет периодической подачи на него тидростатического давления и последующего его снятия. Как показала практика, это позволяет получить, положительные результаты при возбуждении притока из пласта. В случае необходимости закачки жидкости в пласт под давлением производится спуск запорного органа 5, собранного в варианте «закачка вместе с дистанционным глубинным прибором (см. фиг. 2). Закачка жидкости в пла.ст осуществляется при заякоренном корпусе 1 после посадки запорного органа 5 на уступ щтока 4 путем возвратно-поступательных перемещении последнего в пределах рабочего хода. Посадка запорного органа 5 на свой уступ и фиксаци-я его с помощью щаровых фиксаторов 42 в щтйк 4 производится точно так же, как ив варианте «откачка. При закачке жидкость нагнетается из полости над запорным органом в полость под ним (в пласт) при ходе штока 4 как вверх, так и вниз. При ходе щтока 4 вниз жидкость из подпорщневой полости 22 насосного узла через отверстие 26 поступает в нижнюю проточку 12 запорного органа 5, закрывает клапан 19 и, открыв клапан 17, через осевой канал 13 проходит в нижнюю полость 30 щтока 4 (в пласт). Одновременно за счет создания разрежения в надпорщневой полости 21 насосного узла жидкость из верхней полости 29 щтока 4 через осевой канал 16, открыв клапан 20, через отверстие 24 поступает в надпорщневую полость 21 насосного узла. При ходе штока 4 вверх жидкость из надпорщневой полости 21 насосного узла через отверстие 24 поступает в верхнюю проточку 11 запорного органа 5, закрывает клапан 20 и, открыв клапан 18, через осевой канал 14 поступает в нижнюю полость 30 щтока 4 (в пласт). Одновременно за счет создания разрежения в подпорщневой полости насосного узла жидкость из верхней полости 29 щтока 4 через канал 15, открыв клапан 19, через отверстие 26 поступает в подпорщневую полость 22 насосного узла. В дальнейщем процесс повторяется. Закачка жидкости в пласт осуществляется для кислотной обработки с обеспечением постоянного движения кислоты в пласте, гидроразрыва пласта, а при использовании специальных узлов под корпусом устройства - для промывки скважины, промывки песчаных пробок и других технологических операций. Для осуществления переменных нагрузок на пласт в процессе закачки с целью разрущения его кальматационного слоя щток 4 перемещают от нижней мертвой точки рабочего хода закачки до положения «вверх до упора и обратно. В этом случае при движении щтока вверх в пределах рабочего хода производится закачка и давление на пласт значительно увеличивается. При движении штока от верхней мертвой точки до упора вверх кольцевой клапан 28 упирается в корпус и, сжав пружину, открывает отверстия 23, 24 и 25. В этом случае так же, как и при осуществлении переменных нагрузок на пласт в процессе откачки, ;полость 29 над запорным органом соеди няется с .нижней полостью 30 под ним (с пластам) и давление на пласт падает до Тидростатичёского. Таким же образом можно производить промывку скважины без извлечения запорного органа... Для извлечения запорного органа 5 на поверхность необходимо шток 4 переме стить до упора вверх. При этом кольцевойклапан 28 открывает отверстия 23, 25 и давление под и над запорным.органом 5 выра;вНивается. При последующей вытягивании кабеля 7 вверх головка прибора упирается во втулку 43, и, сжан пружину 44, перемещает ее вверх; шаровые фиксаторы 42 утапливаются в нижнюю выточку втулки 43, расфиксировав за,порный орган 5. Прп.дальнейщем подъеме ка Гх,;1я глубинный прибор (на чертеже не показан) 1 запорный орган 5 двигаются вверх сов.местно до извлечения на поверхность. Предлагаемый насос MOKet иметь любой прйводТ являющийся самостоятельным уст. ройством и обеспечивающий возвратно-поступательное движение штока 4 вверх и вниз. При этом, ход штока 4 вниз должен ..осуществляться. за счет веса насосно-комп l ccTopHbix труб, соединенных со штоком 4, а необходимые усилия для хода щтока 4 ;6вёрх должен создавать .механизм привода. Для этой цели могут быть использованы имеющиеся на скважине подъемно-транс портные средства или сконструирован специальный механизм привода. С помощью предлагаемого насоса можНо .осуществлять регули рование отбора жидкос тииз пласта (производительности): 1.изменяя длину рабочего хода штока 4; 2.изменяя число двойных ходов щтока 4 в единицу времени; 3.путем превращения его в насос двойного действия, откачивающего жидкость при ходе штока 4 как вверх, так и вниз, в

663883 насос одинарного действия, откачивающего жидкость при ходе штока только вниз или только вверх, для чего необходимо то.лько удалить один из клапанов 17, 18, 19 или 20. Для восстановления работы клапанной системы при нарушении ее работоспособности достаточно извлечь запорный орган 5, заменить вышедшую из строя деталь, затем снова произвести спуск и продолжить закачку или откачку. - Конструкция предлагаемого устройства позволяетповысить его производительность по сравнени.ю с известными устройствами двойного действия за счет ликвидации двойного ряда труб. Формула изобретения Глубинный поршневой насос к испытателю пластов для откачки жидкости, содержащий корпус с насосным узло.м, включающим поршень с полым штоком, в котором размещен запорный орган, отличающийся тем, что, с целью осуществления возможности закачки жидкости в пласт и создания переменных гидравлических нагрузок при постоянно.м дистанционном контроле параметров пласта, запорный орган выполнен в виде цилиндра со сквозным центральным.каналом, через который пропущен кабель, и снабжен уплотнительными цилиндрическими поясками со ступенчатыми проточками между ними, каждый из которых имеет осевые каналы с перекрывающими их клапанами, причем в полом штоке над и под поршнем выполнены радиальные отверстия, и в полости над поршнем установлен кольцевой подпружиненный клапан для-перекрытия соответствующих радиальных отверстий, а полости над и под поршнем сообщены через указанные радиальные отверстия и осевые каналы с полостью над запорным органом. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторско.е свидетельство СССР № 85407, кл. F 04 В 19/02. 1948.

f 3 8

П