скважинная струйная насосная установка для дегазации угольных пластов

Формула изобретения

Скважинная струйная установка для дегазации угольных пластов, содержащая установленный в проходящей через угольные пласты скважине на колонне насосно-компрессорных труб насос, отличающаяся тем, что насос выполнен струйным и установлен во внутренней полости нижней части колонны насосно-компрессорных труб, проходящей через угольные пласты и длина которой больше глубины залегания нижнего угольного пласта, при этом на нижней части колонны труб, ниже подошвы нижнего угольного пласта установлено нижнее опорное кольцо, к нижней части которого на переводнике прикреплен башмак-фильтр, выше по колонне труб над кровлей верхнего угольного пласта установлено верхнее опорное кольцо с перепускными окнами, а на наружной поверхности колонны труб под перепускными окнами установлен пакер, размещенный выше кровли верхнего угольного пласта, на нижнем опорном кольце установлен корпус струйного насоса, в котором выполнены посадочное место для установки съемной вставки с установленными в ней соплом и камерой смешения с диффузором, канал отвода смеси рабочей и откачиваемой сред и канал подвода откачиваемой из скважины среды с расположенным в нем обратным клапаном, при этом в верхней части корпус струйного насоса соединен с нижней частью трубы подвода рабочей среды, снабженной со стороны верхнего ее конца герметизирующим элементом, размещенным на верхнем опорном кольце, и входной воронкой для приема съемной вставки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к струйной технике и может быть использовано при глубинно-насосной эксплуатации скважин, в т.ч. предназначенных для добычи метана из газоносных угольных пластов.

Известна скважинная струйная насосная установка, содержащая установленные в скважине на колонне труб электроцентробежный насос и сепаратор для разделения откачиваемой из скважины среды на жидкую и газообразную среды с возможностью откачки жидкой среды электроцентробежным насосом и газовой среды струйной насосной установкой (см. авторское свидетельство SU № 1550115, кл. F04D 13/10, 15.03.1990).

Однако данная установка имеет сравнительно невысокий КПД, поскольку имеет место снижение коэффициента полезного действия электроцентробежного насоса за счет принудительного отбора значительной части нагнетаемой им жидкости для обеспечения работы струйной насосной установки.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является скважинная установка для дегазации угольных пластов, содержащая установленный в проходящей через угольные пласты скважине на колонне насосно-компрессорных труб насос (см. патент RU № 2293833, 20.02.2007).

Для метаноугольных скважин характерно содержание в откачиваемой пластовой воде значительного количества угольной пыли, мелких частиц угля и растворенного газа. Поэтому использование для откачки штангового насоса приводит к снижению его работы и сужает возможности одновременной откачки из скважины как жидкой, так и газообразной сред.

Задача настоящего изобретения заключается в обеспечении возможности откачки из скважины как жидкой, так и газовой среды одной насосной установкой с обеспечением длительной ее эксплуатации.

Достигаемый технический результат заключается в повышении эффективности работы скважинной струйной насосной установки в условиях наличия в откачиваемой из скважины среде жидкой и газовой фаз, а также и твердых механических примесей.

Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что скважинная струйная установка для дегазации угольных пластов содержит установленный в проходящей через угольные пласты скважине на колонне насосно-компрессорных труб насос, при этом последний выполнен струйным и установлен во внутренней полости нижней части колонны насосно-компрессорных труб, проходящей через угольные пласты и длина которой больше глубины залегания нижнего угольного пласта, при этом на нижней части колонны труб, ниже подошвы нижнего угольного пласта установлено нижнее опорное кольцо, к нижней части которого на переводнике прикреплен башмак-фильтр, выше по колонне труб, над кровлей верхнего угольного пласта, установлено верхнее опорное кольцо с перепускными окнами, а на наружной поверхности колонны труб под перепускными окнами установлен пакер, размещенный выше кровли верхнего угольного пласта, на нижнем опорном кольце установлен корпус струйного насоса, в котором выполнены: посадочное место для установки съемной вставки с установленными в ней соплом и камерой смешения с диффузором, канал отвода смеси рабочей и откачиваемой сред и канал подвода откачиваемой из скважины среды с расположенным в нем обратным клапаном, при этом в верхней части корпус струйного насоса соединен с нижней частью трубы подвода рабочей среды, снабженной со стороны верхнего ее конца герметизирующим элементом, размещенным на верхнем опорном кольце, и входной воронкой для приема съемной вставки.

В ходе проведенных исследований было установлено, что представляется возможность организовать откачку из скважины с помощью одной скважинной струйной насосной установки жидкой среды, а затем газообразной среды, в частности метана из угольных пластов. При этом не требуется какая-либо переустановка оборудования. Выявлено, что наиболее целесообразно устанавливать струйным насос во внутренней полости нижней части колонны насосно-компрессорных труб, проходящей через угольные пласты и длина которой больше глубины залегания нижнего угольного пласта. Наиболее целесообразно на нижней части колонны труб, ниже подошвы нижнего угольного пласта, установить нижнее опорное кольцо, к нижней части которого на переводнике прикрепить башмак-фильтр, а выше по колонне труб, над кровлей верхнего угольного пласта, установить верхнее опорное кольцо с перепускными окнами, при этом на наружной поверхности колонны труб под перепускными окнами установить пакер, разместив последний выше кровли верхнего угольного пласта, на нижнем опорном кольце установить корпус струйного насоса, выполнив в корпусе: посадочное место для установки съемной вставки с установленными в ней соплом и камерой смешения с диффузором, канал отвода смеси рабочей и откачиваемой сред и канал подвода откачиваемой из скважины среды с расположенным в нем обратным клапаном, при этом в верхней части корпус струйного насоса соединить с трубой подвода рабочей среды, снабженной со стороны верхнего ее конца герметизирующим элементом, размещенным на верхнем опорном кольце, и входной воронкой для приема съемной вставки.

Это позволяет с одной стороны удалять жидкую среду из зоны расположения угольных пластов, которая препятствует дегазации угольных пластов, а с другой стороны не производить откачку из скважины жидкой среды, которая не препятствует дегазации угольных пластов. Выполнение скважинной струйной установки со спускаемой съемной вставкой позволяет в случае необходимости быстро ее менять без подъема на поверхность всей колонны труб с насосной установкой, что позволяет резко повысить производительность насосной установки и сократить затраты на ее эксплуатацию.

На чертеже схематически представлена скважинная струйная установка для дегазации угольных пластов.

Скважинная струйная установка для дегазации угольных пластов содержит установленный в проходящей через угольные пласты скважине на колонне 1 насосно-компрессорных труб насос 2, при этом последний выполнен струйным и установлен во внутренней полости нижней части колонны 1 насосно-компрессорных труб, проходящей через угольные пласты 3 и длина которой больше глубины залегания нижнего угольного пласта 3. На нижней части колонны 1 насосно-компрессорных труб, ниже подошвы нижнего угольного пласта 3, установлено нижнее опорное кольцо 4, к нижней части которого на переводнике 5 прикреплен башмак-фильтр 6. Выше по колонне 1 труб, над кровлей верхнего угольного пласта 3, установлено верхнее опорное кольцо 7 с перепускными окнами 8, а на наружной поверхности колонны 1 труб под перепускными окнами 8 установлен пакер 9. На нижнем опорном кольце 4 установлен корпус 10 струйного насоса, в котором выполнены: посадочное место для установки съемной вставки 11 с установленными в ней соплом и камерой смешения с диффузором, канал 12 отвода смеси рабочей и откачиваемой сред и канал 13 подвода откачиваемой из скважины среды с расположенным в нем обратным клапаном 14. В верхней части корпус 10 струйного насоса 2 соединен с нижней частью трубы 15 подвода рабочей среды, снабженной со стороны верхнего ее конца герметизирующим элементом 16, размещенным на верхнем опорном кольце 7, и входной воронкой 17 для приема съемной вставки.

На колонне 1 насосно-компрессорных труб в скважину спускают установленные на ней снизу-вверх башмак-фильтр 6 с переводником 5, нижнее опорное кольцо 4, пакер 9 и верхнее опорное кольцо 7 с перепускными окнами 8.

Во внутреннюю полость колонны 1 насосно-компрессорных труб во время ее спуска в скважину устанавливают корпус 10 струйного насоса 2, нижний конец которого герметично устанавливают на нижнем опором кольце 4 и соединенную с ним трубу 15 с герметизирующим элементом 16, который устанавливают в верхнее опорное кольцо 7.

Далее в колонну 1 насосно-компрессорных труб сбрасывают съемную вставку 11 с соплом, камерой смешения и диффузором, которая при прокачке жидкости в колонне 1 насосно-компрессорных труб проходит через трубу 15 и самопроизвольно устанавливается в корпусе 10 струйного насоса 2.

Затем по колонне 1 насосно-компрессорных труб подают под давлением рабочий агент на сопло съемной вставки и создают разряжение (депрессию) в подпакерной зоне, причем пакер 9 расположен выше верхнего угольного пласта 3. В результате вода с забоя через канал 13 подвода откачиваемой из скважины среды увлекается в камеру смешения съемной вставки 11 струйного насоса 2, где смешивается со струей рабочего агента и вместе с ним выносится через канал 12, затрубное пространство трубы 15 и перепускные окна 8 в затрубное пространство колонны 1 насосно-компрессорных труб выше пакера 9 и по указанному затрубному пространству поступает на поверхность. По мере понижения уровня жидкости (воды) в скважине через башмак-фильтр 6 в струйный насос 2 поступает угольный газ, который также, смешиваясь со струей рабочего агента, поступает на поверхность. Таким образом, происходит отбор жидкости, в том числе жидкости глушения, и угольного газа в виде газоводяной смеси, которая потом разделяется на фракции в газосепараторе (не показан на чертеже) на поверхности. Изменяя параметры съемной вставки 11 (например диаметр сопла, путем замены съемной вставки 11) и давление прокачки рабочего агента через струйный насос 2 можно легко оптимизировать параметры работы струйного насоса 2. Кроме того, подача угольного газа на поверхность происходит принудительно, что позволяет увеличить его дебит.

При выходе съемной вставки 11 из строя или при существенном увеличении дебита скважины по воде съемную вставку 11 извлекают на поверхность и проводят ее замену.

Изобретение может найти применение в угольной промышленности при эксплуатации угольных месторождений.