скважинная насосная установка

Формула изобретения

Скважинная насосная установка, содержащая колонну труб, расположенную в обсадной колонне с возможностью образования межтрубного пространства, расположенный в нем пакер и установленный в колонне труб на опорном седле спускаемый струйный аппарат с активным соплом, камерой смешения, диффузором и корпусом, наружная поверхность которого выполнена ступенчатой с образованием кольцевого поперечного выступа, отличающаяся тем, что колонна лифтовых труб в нижней части снабжена корпусом с соосно выполненными внутренними ступенчато-посадочными расточками по его концам и седлом, расположенным на верхней части нижней расточки меньшего диаметра, а между верхней расточкой большего диаметра и седлом выполнены радиальные отверстия подвода активной среды, при этом корпус струйного аппарата установки выполнен в виде ступенчатой втулки с наружными кольцевыми выступами, в соосно выполненных расточках которой в осевом направлении расположено основное сопло с каналами подвода пассивной среды, камера смешения с дополнительным соплом - кольцевым зазором подвода активной среды дополнительного сопла и диффузором, при этом кольцевые зазоры основного и дополнительного сопл сообщены с общей камерой подвода активной среды, образованной в расточке внутри корпуса струйного аппарата установки между соосно выполненными смежными расточками, которая сообщена с подводом активной среды через радиальные отверстия, выполненные в корпусе струйного аппарата установки, причем струйный аппарат установки в сборе выполнен с разъемом и установлен в корпусе колонны лифтовых труб с возможностью установки и извлечения его на кабеле с устья скважины и выполнен опирающимся по крайней мере одним из наружных кольцевых выступов корпуса струйного аппарата установки на опорное седло корпуса колонны.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области струйной техники и может быть использовано в качестве скважинной насосной установки для эксплуатации газоконденсатных скважин.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является скважинная насосная установка, содержащая колонну труб, расположенную в обсадной колонне с образованием межтрубного пространства, размещенный в нем пакер и установленный в колонне труб на опорном седле спускаемый струйный аппарат с активным соплом, камерой смещения, диффузором и корпусом. Наружная поверхность которого выполнена ступенчатой с образованием кольцевого поперечного выступа. При этом необходимо заметить, что здесь не корпус струйного аппарата выполнен ступенчатым, как здесь описывается, а только лишь корпус диффузора. Колонна труб выполнена с разъемом, расположенным ниже диффузора, и имеет верхний и нижний участки. Верхний из них установлен с возможностью перемещения, снабжен наружным кольцевым упором, направляющим патрубком с радиальным каналом и упругим фиксатором, взаимодействующим с нижним участком. При этом часть корпуса диффузора ниже поперечного выступа размещена в направляющем патрубке и снабжена радиальным отверстием, сообщающим камеру смешения в крайнем верхнем положении верхнего участка через радиальный канал с межтрубным пространством.

Струйный аппарат в сборе опускается в скважину на колонне труб. При этом спускаемый аппарат опирается на опорное седло колонны [1].

Корпус струйного аппарата установки выполнен ступенчатым, состоящим из трех составных частей, соединенных путем свинчивания последовательно между собой одна с другой. Такое выполнение усложняет технологию изготовления соосно выполняемых посадочных наружных выступов корпуса аппарата, а также затрудняет герметизацию полости, между наружной поверхностью его и внутренней полостью колонны лифтовых труб, на входе камеры подвода пассивной среды, сообщенной с входным отверстием в камеру смешения пассивной среды.

Кроме того, снабжение струйного аппарата в скважинной насосной установке направляющим патрубком с радиальным каналом и упругим фиксатором, взаимодействующим с нижним участком и корпусом струйного аппарата в крайнем нижнем положении верхнего участка колонны труб и снабжение ограничительным седлом, контактирующим с кольцевым упором в нижнем положении существенно усложняет конструкцию аппарата и затрудняет установку и извлечение его без подъема колонны лифтовых труб из скважины, поэтому ограничивается область его применения.

Задачей изобретения является упрощение технологии изготовления и условий эксплуатации при одновременном упрощении конструкции скважинной насосной установки.

Поставленная задача решается тем, что в скважинной насосной установке, содержащей колонну труб, расположенную в обсадной колонне с возможностью образования межтрубного пространства, расположенный в нем пакер и установленный в колонне труб на опорном седле спускаемый струйный аппарат с активным соплом, камерой смешения, диффузором и корпусом, наружная поверхность которого выполнена ступенчатой с образованием кольцевого поперечного выступа, колонна лифтовых труб в нижней части снабжена корпусом, соосно выполненными внутренними ступенчато-посадочными расточками по его концам и седлом, расположенным на верхней части нижней расточки меньшего диаметра, а между верхней расточкой большего диаметра и седлом выполнены радиальные отверстия подвода активной среды, при этом корпус струйного аппарата установки выполнен в виде ступенчатой втулки с наружными кольцевыми выступами, в соосно выполненных расточках которой, в осевом направлении расположено основное сопло с каналами подвода пассивной среды, камера смешения с дополнительным соплом - кольцевым зазором подвода активной среды дополнительного сопла и диффузором, при этом кольцевые зазоры основного и дополнительного сопла сообщены с общей камерой подвода активной среды, образованной в расточке внутри корпуса струйного аппарата установки, между соосно выполненными смежными расточками, которая сообщена с подводом активной среды через радиальные отверстия, выполненные в корпусе аппарата установки, причем струйный аппарат установки в сборе выполнен с разъемом и установлен в корпусе колонны лифтовых труб с возможностью установки и извлечения его на кабеле с устья скважины и выполнен опирающимся, по крайней мере, одним из наружных кольцевых выступов корпуса струйного аппарата установки на опорное седло корпуса колонны.

Существенными отличительными признаками заявленного изобретения в сравнении с прототипом являются:

- колонна лифтовых труб в нижней части снабжена корпусом, с соосно выполненными внутренними ступенчато-посадочными расточками по его концам и седлом, расположенным на верхней части нижней расточки меньшего диаметра, а между верхней расточкой большего диаметра и седлом выполнены радиальные отверстия подвода активной среды;

- при этом корпус струйного аппарата установки выполнен в виде ступенчатой втулки с наружными кольцевыми выступами, в соосно выполненных расточках которой, в осевом направлении расположено основное сопло с каналами подвода пассивной среды, камера смешения с дополнительным соплом - кольцевым зазором подвода активной среды дополнительного сопла и диффузором, при этом кольцевые зазоры основного и дополнительного сопла сообщены с общей камерой подвода активной среды, образованной в расточке внутри корпуса струйного аппарата установки, между соосно выполненными смежными расточками, которая сообщена с подводом активной среды через радиальные отверстия, выполненные в корпусе струйного аппарата установки;

- струйный аппарат установки в сборе выполнен с разъемом и установлен в корпусе колонны лифтовых труб с возможностью установки и извлечения его на кабеле с устья скважины и выполнена опирающимся, по крайней мере, одним из наружных кольцевых выступов корпуса струйного аппарата установки на опорное седло корпуса колонны.

Снабжение нижней части колонны лифтовых труб корпусом, с соосно выполненными внутренними ступенчато-посадочными расточками по его концам и седлом, расположенным на верхней части нижней расточки меньшего диаметра и выполнение корпуса струйного аппарата установки в виде ступенчатой втулки с наружными кольцевыми выступами, а в соосно расположенных расточках этой втулки, расположение пассивного сопла с каналами подвода пассивной среды, камеры смешения с дополнительным соплом и диффузором, при этом щели основного и дополнительного сопла, сообщены с общей камерой подвода активной среды через соответствующие проточки и отверстия, что значительно упрощает технологию изготовления и сборки, а также в целом конструкцию скважинной насосной установки, а самое главное при этом делает возможным "спуск" и "подъем" струйного аппарата установки на кабеле с устья скважины без подъема колонны лифтовых труб, что упрощает технологию эксплуатации и тем самым позволит значительно сократить затраты на установку его и ревизию без извлечения колонны лифтовых труб.

На чертеже изображена заявляемая скважинная насосная установка, продольный разрез.

Скважинная насосная установка содержит колонну 1 лифтовых труб, снабженную корпусом 2 на ее нижней части, расположенную в обсадной колонне 3 с образованием межтрубного пространства 4, размещенный в нем пакер 5 и установленный в соосно выполненных ступенчатых расточках 6,7 на опорном седле 8 корпуса 2 колонны 1 спускаемый струйный аппарат установки в сборе. Корпус 9 струйного аппарата установки выполнен в виде ступенчатой втулки с наружными кольцевыми выступами 10, 11, в соосно выполненных расточках 12, 13 которых, в осевом направлении расположены основное сопло 14 с каналами подвода 15 пассивной среды, камера смешения 16 с входной наружной носовой частью 17 дополнительного сопла, камеры смешения 16 в начальную цилиндрическую часть 18 и зазорами 19, 20, образованными в зоне основного 14 и дополнительного сопла 17, сообщенными с общей камерой подвода активной среды 21, образованной в расточке 22 внутри корпуса 9 струйного аппарата установки, между соосно выполненными расточками 12,13, которая сообщена с подводом активной среды через радиальные отверстия 23, выполненные в корпусе 9 струйного аппарата установки и диффузор 24. При этом общая камера подвода активной среды 21 также сообщена с призабойной зоной через радиальные отверстия 25 и внутренней проточки 26, выполненные между расточкой большего диаметра 6 и седлом 8 корпуса 2 колонны лифтовых труб 1.

Струйный аппарат установки в сборе, расположенный в корпусе 2 колонны 1 лифтовых труб опирается нижним наружным цилиндрическим выступом 27 на опорное седло 8, предусмотренное в корпусе 2 колонны 1, при этом общая камера подвода активной среды 21 герметизируется сверху и снизу посредством уплотнительных колец 28, 29, 30, 31.

Диффузор 24 и корпус струйного аппарата установки 9 соединены между собой посредством резьбы 32.

Струйный аппарат установки также снабжен фильтром 33, который прижат при помощи гайки 34.

Основное сопло 14 с каналом 15 подвода пассивной среды и дополнительное сопло (17, 18) с камерой смешения 16 установлены с возможностью осевого перемещения (регулирования кольцевых зазоров 19, 20) в виде винтовой пары с гайкой 35, 36. Для сообщения кольцевого зазора 20 с общей камерой подвода активной среды 21 выполнены расточка 37 и радиальные отверстия 38 над входной частью дополнительного сопла 17 на корпусе диффузора 24.

С целью упрощения эксплуатации и предотвращения непредвиденного повреждения наружных уплотнительных колец 29, 31 при установке струйного аппарата установки с устья скважины на кабеле на место, путем улучшения направления центровки входа наружных кольцевых выступов 10, 11 корпуса струйного аппарата установки 9 во внутренние ступенчато-посадочные расточки корпуса колонны, устанавливают хвостовик 39 корпуса струйного аппарата установки в нижней части, выполненной с направляющей конусной образующей поверхностью длиной не менее одной четверти диаметра хвостовика причем длина хвостовой части l₁ должна быть не менее длины внутренней проточки большего диаметра корпуса колонны l и плюс длины конусной образующей (l₂), а наружный диаметр D₁ хвостовика 39, после образующей поверхности, должен быть меньше нижнего посадочного диаметра D не менее 3-5 мм.

Работа скважинной насосной установки

Скважинная насосная установка применяется для эксплуатации газоконденсатных скважин путем ее установки в нижнюю часть колонны лифтовой трубы и нагнетании в затрубное пространство энергетического газа высокого давления с целью отбора пластовой смеси (флюида).

Струйный аппарат в сборе спускают в скважину и извлекают из нее на кабеле без подъема колонны 1 лифтовых труб. Спускаемый струйный аппарат установки устанавливают в корпусе лифтовых труб с опиранием нижним наружным кольцевым выступом 11 корпуса струйного аппарата установки 9 на опорное седло 8 корпуса 2 колонны 1. При этом, в момент касания струйного аппарата установки с корпусом 2 колонны сначала входит в посадочную нижнюю расточку 7 его хвостовик корпуса струйного аппарата установки 9 с направляющей конусной образующей поверхностью 39 и центрирует посадочные наружные выступы 10, 11 корпуса струйного аппарата установки 9 относительно соосных расточек 6, 7 корпуса 2 колонны 1, а затем происходит надежное касание между ними.

Конструктивно соотношение длин между внутренними расточками 6, 7 корпуса 2 колонны 1 и между наружными кольцевыми выступами 10, 11, а также хвостовой частью корпуса струйного аппарата установки 9 выполнено таким образом, чтобы касание (вхождение выступов в соответствующие расточки) происходило последовательно. И так, сначала происходит касание хвостовика корпуса струйного аппарата установки 9 с конусной образующей поверхностью 39, затем нижнего наружного кольцевого выступа 11, а далее верхнего наружного кольцевого выступа 10 и после этого последует вхождение уплотнительных колец в расточки корпуса 2 колонны 1, сначала нижние 31, потом верхние 29. Только после этого происходит окончательная посадка на седло 8 корпуса 2 колонны 1 за счет собственного веса струйного аппарата установки.

Если по каким-то непредвиденным обстоятельствам не произойдет посадка корпуса 2 на седло 8 корпуса колонны 1, то тогда ее следует слегка приподнять и резче опустить. Есть и запасной вариант посадки на место. Опустить скважинную пробку (или стандартный ловильный инструмент) и накрыть этой пробкой выходное отверстие диффузора. Затем под давлением опрессовать струйный аппарат установки. Экспериментально установлено, что для преодоления сопротивления круглых резиновых уплотнительных колец о стенки внутренних расточек корпуса 2 струйного аппарата установки при посадке на место не превышает 80 -100 H, а собственный вес в сборе его несколько раз превышает это сопротивление.

Поток активной среды поступает в кольцевой зазор 19 основного сопла 14 струйного аппарата установки с общей камеры подвода активной среды 21, подаваемый через подвод 25 активной среды, обточки 26 и радиальные отверстия 23 корпуса струйного аппарата установки 9, и истекает из нее со скоростью близкой к скорости звука. В зоне входного участка камеры смешения 16 струйного аппарата установки возникает область пониженного давления. Между забоем скважины и камерой смешения 16 имеется сообщение. Активная среда увлекает пассивную среду (флюид) из забоя скважины через патрубок пассивной среды (выноска с патрубка условно не показана), фильтр 33, канал 15 подвода пассивной среды и основное сопло 14 в камеру смешения 16. За счет пониженного давления скважинный флюид (жидкость, конденсат, газ) движется из зоны более высокого давления в зону более низкого давления (входной участок камеры смешения струйного аппарата установки). В камере смешения 16 и диффузоре 24 происходит выравнивание скоростей пассивной и активной среды. При этом давление смеси (пассивной и активной) на выходе из струйного аппарата установки оказывается больше давления пластового флюида на приеме струйного аппарата установки и меньше давления активной среды на входе в кольцевой зазор 19 аппарата.

С подачей активной среды с общей камеры подвода активной среды 21 через кольцевой зазор 19 основного сопла 14 в камеру смешения 16, также одновременно из этой же камеры подвода активной среды 21 подается активная среда через кольцевой зазор S дополнительного сопла 17, 18 в начальную часть диффузора 24 (вторичную камеру смешения). При этом в зоне входного участка в диффузор струйного аппарата установки, между начальной частью диффузора 24 и выходной частью камеры смешения 16 - входной частью дополнительного сопла 17, возникает вторичная область пониженного давления, тем самым увеличивается общая всасывающая способность струйного аппарата установки, коэффициент инжекции которого доходит до 55-60.

Извлечение струйного аппарата установки из скважины осуществляют обычным путем на кабеле, как и прочие скважинные инструменты. При этом сначала легким поддергиванием срывают струйный аппарат установки с места и затем и поднимают кабель со струйным аппаратом установки.

Заявленное изобретение в сравнении с прототипом позволяет упростить технологию изготовления, условия эксплуатации при одновременном упрощении конструкции скважинной насосной установки.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР N 1320531, F 04 F 5/14, опубл. 30.06.87, Бюл. 24 (прототип).